Бағдарламасы «Физикалық және коллоидтық химия»

Лабараториялық жұмыс3

І. Жұмыстын мақсаты. Шекті араласатын заттардаң туратын системалармен танысу.

Фенол-су қос компонентті системаныі озара ерігіштік диаграммасын куру.

ІІ. Жұмысқа керекті заттар: Әр турлі қатынаста алынған фенол-су қоспасы бар ампулалар, термометр, су банясы, электроплтка, араластырғыш.

ІІІ. Теориялық бөлім: Барлық сұйықтарды бір-бірінде ерігіштігіне қарай бірнеше топқа боледі:

а) Бір-бірінде шекті еритін сұйықтықтар: Екі компонентті системалар анилин-су, фенол, метил спирт-гексан және т.б.

Үш компонентті системалар: су-эфир-янтарь

қышқыл нитрил, бензол-бромформ-құмырсқа

қышқылы, су-ацетон-ксилол және т.б.

б) Бір-бірінде шексіз еритін сұйықтықтар. Екі компонентті системалар: метил спирті-су, бензол-толуол, гептан-гексан жіне т.б. Үш компонентті системалар бензол-хлороформ-торт хлорлы коміртек, су-хлороформ-сірке қышқылы және т.б. Егер екі сұйықтықтарды бір-бірінде шекті еритін сұйықтар деп атайды. Мысалы ретінде су-анилин екі компонентті системасын алуға болады.

Егер белгілі температурада, мысалы 20⁰ С, судын белгілі молшеріне (ІІ-сурет, А нұқтес) үнемі араластыра отырып анилин қосатын, болсақ, анилиннің алғашқы порциялары суда еріп, біртекті ерітінді аламыз. Су анилинге толық қаныққан кезде (В нуктес) ерітіндіге анилинді коса туссек, суға қаныққан анилин қабаты (С нуктес) пайда болады. Алғашқыда бұл ерітіндінің, суға қаныққан анилин қабатының молшері аз болады. Анилинді қосу барысында әрбір қабаттың құрамы турақты құйде қалады да, олардың салыстырма мөлшері ғана өзгереді: судағы анилин мөлшері кеміп, анилиндегі су молшері арта түседі. Нәтижесінде сүдағы анилиннің қанық ерітіндісінең туратын қабат толық жойылады да, анилиндегі су ерітіндісі қалады. Оған анилинді қоса тусіп, мүмкіндігінше таза анилин қабатына жақындай туседі (Д нуктесі) Демек А нуктесінен В нуктесіне дейінгі аралықта анилиннін судағы біртекті ерітіндісі, ал С нуктесінен Д нуктесіне дейінгі аралықта судын анилиндегі біртекті ерітіндісі тузіледі. В нуктесінен С нуктесіне дейінгі аралық тендікте турған екі суйық фазадан, анилинге қаныққан су және суға қаныққан анилин фазаларынан турады. Берілген температурада олардын кұрамы туракты болады. Суйдық қабаттардын бетіндегі бу фазасы екеуіне де ортақ.

Температураны арттырғанда көптеген бір-бірінде шекті еритін суйықтықтардын озара ерігіштігі артады және оның белгілі бір мәнінде олар бір-бірінде шексіз еріп араласады. Бұл құбылысты түнгырет жан-жақты зерттеген орыс ғалымы В.Ф.Алексеев. Суйықтар бір-бірінде шексіз араласа бастайтын температураны ерудін критикалық температурасы деп атайды. Кейбір суйықтықтардың қоспасы үшін ерудін тек жоғарғы (аниоин-су, фенол-су, кукіртті коміртек-метилл спирті) кейбір суйықтықтардың қоспалары үшін тек томенгі (-коллодин-су, триметиламин-су), ал кейбір суйықтықтардың қоспалары үшін жоғарғы да, томенгі де (никотин-су) критикалық температурплары тән.

Жоғарыда қарастарылған су-анилин системасы үшін температураны біртіндеп арттыратын болсақ, суйықтардын озара ерігіштігі артады, ВС нодасы қысқара түседі, яғни қанық ертіндіге сәйкес келетін нуктелер озара жақындаса туседі (Е және Г, М және № нуктелері) К нуктесінде олар озара түйісіп, суйықтықтар осы нуктеген сәйкес келетін температурадан бастап, жоғары температуранын бәрінде бір-бірінде шексіз араласып, біртекті гомогенді суйық фаза түзеді. Анилин-су системасы үшін бұл температура-168⁰С және ол ерудін жоғары критикалық температурасы деп аталады. Бұл температурадан жоғары температурада анилин мен суды қандай қатынаста алса та системаның екі суйық фазаға болінуі болмайдыү ІІ-суреттегі ВК кисығы анилиннің температураға байланысты судағы ерігіштігінің артуын көрсетсе, СК кисығы судын анилиндегі ерігіштігінің артуын көрсетеді. Әдетте ВК және СК (немесе ВКС) кисыктарын бөліну кисыкта деп те атайды.

Бұл система үшін Гиббстік фазалар ережесін колдансак: бөліну облысында (ВКС кисыгының абсцисса өсімен шектелген бөлімі) еркіндік дәреже саны С=2-2+1=1 себебі компонент саны екеу-анилин және су, фаза саны екеу-сумен қаныққан анилин және анилинмен қаныққан су қабаттары, ал бөліну облысынан сырт облыста еркіндік дәреже саны с=2-1-1=2, компонент саны екеу-су және анилин, фаза саны біреу-анилин мен судын бір-біріндегі қанық ертінділері.

Кейбір суйықтықтар бір-бірінде томенгі температурада жақсы араласып ери бастайды, яғни температураны томендетенде олардың бір-біріндегі еркігіштігі арта туседі. Бұл процесс негізінен бір-бірімен әрекеттесіп, химиялық қосылыс түзуге бейім суйықтықтардың коспасы үшін тән. Температураны томендеткенде олар да бір-бірінде араласып шексіз ериді. Бұл кездегі температурасы деп атайды.

Мысалы, -коллидин-су системасы үшін ерудін томендегі критикалық температурасы – 12,5⁰С. Одан томенгі температурада бұл суйықтықтар оза кез-келген қатыста араласып, бір-бірінде шексіз ериді. Суйықтықтарды озара ерігіштік диаграммасын пайдаланып системаның кез келген нуктесіндегі құрамын және фазалардың сандық қатынасын анықтауға болады Мысалы, нуктесінде коспаның жалпы құрамы х, бірінші фазаның (анилинмен қаныққан су қабаты) құрамы х, екінші фазаның (сумен қаныққан анилин қабаты) құрамы х₂. Фазалардың салыстырмалы молшерін ЕГ нодасы бойынша иін ережесімен анықтайды:

бірінші фазаның массасы

екінші фазаның массасы