of 54 /54
RAVNOTEŽA FAZA: POTPUNO MEŠLJIVE, DELIMIČNO MEŠLJIVE, NEMEŠLJIVE TEČNOSTI

RAVNOTEŽA FAZA: POTPUNO MEŠLJIVE, DELIMIČNO MEŠLJIVE ... · APARAT ZA DESTILACIJU Smeša koja se razdvaja Kolona za destilaciju Ulaz vode Izlaz vode Destilat Termometar. IDEALNI

  • Author
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of RAVNOTEŽA FAZA: POTPUNO MEŠLJIVE, DELIMIČNO MEŠLJIVE ... · APARAT ZA DESTILACIJU Smeša koja...

  • RAVNOTEŽA FAZA:

    POTPUNO MEŠLJIVE,

    DELIMIČNO MEŠLJIVE,NEMEŠLJIVE TEČNOSTI

  • DVOKOMPONENTNI SISTEMI

    • potpuno mešljive tečnosti

    • delimično mešljive tečnosti

    • nemešljive tečnosti

  • DVOKOMPONENTNI SISTEMI

    • potpuno mešljive tečnosti

    • delimično mešljive tečnosti

    • nemešljive tečnosti

  • BINARNA SMEŠA:

    RAVNOTEŽA TEČNOST PARA

    I tečnost i para su binarne smeše

    komonenti 1 i 2.

    x1 i x2 su njihove molske frakcije u

    tečnosti.

    x1’ i x2’ su njihove molske frakcije u

    pari.

    p1 i p2 su njihovi parcijalni pritisci.

  • IDEALNI RASTVORI

    U čistoj tečnosti 1, postoje samo 1-1

    interakcije.

    U čistoj tečnosti 2, postoje samo 2-2

    interakcije.

    U rastvoru 1 i 2, postoje i 1-2 interakcije.

    Hmešanja = 0 i V mešanja = 0 znači da su sve interakcije iste jačine:

    F1-1 F2-2 F1-2

  • IDEALNI RASTVORI

    Gibsovo pravilo faza:

    Nezavisno promenljive: T i xi p = f (xi) za svako T:

    Napon pare nad rastvorom zavisi od temperature i sastava, a pri

    konstantnoj temperaturi samo od sastava rastvora.

    2;2222 FpcF

  • IDEALNI RASTVORI

    Francois Marie Raoult

    (1830 - 1901)

  • RAULOV ZAKON

    0

    iii pxp

    0

    iii fxf

    Egzaktan termodinamički oblik Raulovog zakona:

    Tečni rastvori koji se pokoravaju Raulovom zakonu u čitavom

    opsegu koncentracija tj. od čiste komponente 1 do čiste

    komponente 2 i pri svim temperaturama i pritiscima, nazivaju se

    idealnim rastvorima.

    Ako Raulov zakon važi za jednu komponentu rastvora, mora

    važiti i za drugu.

  • RAULOV ZAKON

    (molekulska interpretacija)

    brzina isparavanja =

    brzina kondenzacije =

    u ravnoteži:

    0

    111

    0

    111 1''

    pxpk

    kpx

    k

    kp

    1' pk1xk

    11 ' pkxk

  • IDEALNI RASTVORI

    I RAULOV ZAKON

    Ukupni toplotni sadržaj (zapremina) smeše jednak je sumi

    toplotnih sadržaja (zapremina) čistih konstituenata, tako da se u

    tom pogledu idealni rastvor ponaša kao smeša idealnih gasova.

  • ZAVISNOST NAPONA PARE

    OD SASTAVA TEČNOSTI

    0210

    11

    0

    22

    0

    1121 1 pxpxpxpxppp

    0202011 pppxp

    0

    1p

    0

    2p

    0

    1

    2

    1

    x

    x

    1

    0

    2

    1

    x

    x

    21 ppp

    2p 1p

  • BENZEN I TOLUEN

  • SASTAVI TEČNOSTI I PARE

    SE RAZLIKUJU

    Benzen i toluen:

    29,071,01

    71,07,8/15,6

    7,855,215,6

    55,21,55,0

    15,63,125,0

    5,0

    3,121,5 00

    t

    b

    tb

    t

    b

    tb

    bt

    x

    kPakPax

    kPappp

    kPakPap

    kPakPap

    xx

    kPapkPap

  • SASTAVI TEČNOSTI I PARE

    SE RAZLIKUJU

    tečnost na tački ključanja

    xb= 0,50 xt = 0,50

    pbo = 12,3 kPa pt

    o = 5,1 kPa

    para iznad tečnosti koja ključa

    xb’ = 0,71 xt

    ’ = 0,29

  • ZAVISNOST NAPONA PARE

    OD SASTAVA PARE

    Pretpostavka: para se može smatrati kao smeša idealnih gasova.

    RTV

    npRT

    V

    np

    '

    22

    '

    11

    V

    RTnnppp 2121

    p

    px

    p

    px

    p

    px

    p

    px

    0

    2222

    0

    1111

    0202011

    0

    111

    pppx

    pxx

    0

    1

    0

    1

    0

    21

    0

    211

    )( pppx

    pxx

  • ZAVISNOST NAPONA PARE

    OD SASTAVA PARE

    120

    2

    0

    2

    0

    11

    0

    111 1

    )(xx

    pppx

    pxx

    1x

    1x

    0

    2

    0

    1 / pp

    Za p10>p2

    0 je x1’>x1 (para je bogatija isparljivijom komponentom). 11 xx

    Što se komponente

    više razlikuju u isparljivosti,

    to će se više razlikovati

    sastav tečne od sastava

    parne faze.

    0

    2

    0

    1 pp

  • ZAVISNOST NAPONA PARE

    OD SASTAVA PARE

    10

    2

    0

    1

    0

    2

    0

    1

    0

    1

    1

    0

    1

    0

    2

    0

    1

    0

    2

    0

    1

    )1(

    1

    )(

    xp

    p

    p

    pp

    p

    xppp

    ppp

    Što se komponente više razlikuju

    u isparljivosti, to će se viĎe razlikovati

    sastav tečne od sastava parne faze.

    1x

    0

    1/ pp

    0

    2

    0

    1 / pp

  • ZAVISNOST NAPONA PARE

    OD SASTAVA PARE

    l

    p

    p 2

    p 20

    p 10

    p 1

    p T= c onst.

    x = 1

    x = 01

    2

    x = 1

    x = 02

    1

    x1

    x2

    x '1

    v

    1

    0

    1

    0

    2

    0

    1

    0

    2

    0

    1

    )( xppp

    ppp

  • FAZNI DIJAGRAM

    IDEALNOG RASTVORA

    Gornja linija - tečnost-sastav linija.

    Donja linija - para-sastav linija.

    T = const.

    tečnost

    para

    xAxA

    molski udeo komponente A

    pri

    tisa

    k

    F = 2

    F = 2

    F = 1

  • KRETANJE DUŽ IZOPLETE

    Izopleta – linija konstantnog sastava

    tečnost

    para

    izopleta

    izobara

    pri

    tisa

    k,

    p

    molski udeo komponente A

  • FIZIČKA SLIKA PROCESA

    21

    Jedan način smanjivanja pritiska je

    podizanje klipa.

    Pri dovoljno visokom pritisku (nije

    prikazan), prisutna je samo tečnost.

    (a) – Nešto pare se pojavilo.

    (b) – Samo malo tečnosti je ostalo.

    (c) – Samo je para prisutna.

  • SPOJNA LINIJA I PRAVILO POLUGE

    Linija koja prolazi kroz dvofaznu

    oblast i spaja dve faze u ravnoteži je

    spojna linija.

    Prema pravilu poluge, nala = nblb

    Što je ukupni sastav bliži liniji

    tečnost-sastav to je prisutno više

    tečnosti u dvofaznoj oblasti.p

    ritisa

    k

    sastav

  • PRAVILO POLUGE

    komponente A i B, faze i

    n – ukupni broj molova u sistemu

    n/n – ukupni broj molova u fazi /

    AAA

    A

    AAA

    A

    AAA

    A

    xnnn

    nx

    xnnn

    nx

    nxnn

    nx

    nnn

    AAA

    AAA

    xnxnnx

    nnn

    AAA xnxnnx

    AAAA xnxnxnxn

    AAAA xxnxxn

    AA

    AA

    xx

    xx

    n

    n

  • SPOJNA LINIJA I PRAVILO POLUGE

    pri

    tisa

    k

    sastav

    l

    l

    xx

    xx

    n

    n

    AA

    AA

  • TAČKA KLJUČANJA

    p = 1 bar (1 atm) = const.

    ukoliko su tečnost i para u ravnoteži, odgovarajuća temperatura

    predstavlja tačku ključanja datog rastvora

    Tačka ključanja je za rastvor svakog pojedinog sastava drukčija na

    osnovu ovih podataka se formira zavisnost tačke ključanja od sastava

    tečne i parne faze na istom faznom dijagramu.

  • BENZEN I TOLUEN

  • BENZEN –TOLUEN (napon pare)

  • TAČKA KLJUČANJA

    IDEALNIH RASTVORA

    bar1

    300

    200

    100

    kPap

    10

    1x

    100

    90

    80

    C0

    10

    70

  • ZAVISNOST TAČKE KLJUČANJA

    OD SASTAVA

    zavisnost tačke ključanja od sastava tečne faze:

    zavisnost tačke ključanja od sastava parne faze:

    TpxTpxTpxTpxTpTpp 0210

    11

    0

    22

    0

    1121 1

    TpTp

    Tppx

    0

    2

    0

    1

    0

    21

    '1010201

    0

    2

    0

    1

    xTpTpTp

    TpTpp

    TpTp

    Tpp

    p

    Tpx

    0

    2

    0

    1

    0

    2

    0

    1'

    1

  • ZAVISNOST TAČKE KLJUČANJA

    OD SASTAVA

    para

    tečnost

    molski udeo komponente A

    tem

    pe

    ratu

    raF = 2

    F = 2

    F = 1

    p = const.

  • RASTVOR BENZENA I TOLUENA

  • DIJAGRAM DESTILACIJE

    Skoro čisto B može da se izdvoji u

    destilatu i skoro čisto A u ostatku.

    sastav

    sastav

    tem

    pera

    tura

    , T

    tem

    pera

    tura

    , T

    3 teorijska platoa

    5 teorijskih platoa

    Ciklusi isparavanja i kondenzacije

    se nazivaju frakcionom

    destilacijom.

  • FRAKCIONA DESTILACIJA

    Metodom frakcione destilacije moguće je izvršiti razdvajanje čistih

    komponenata iz rastvora.

    v1

    v2

    v3v'

    A

    l1

    l2

    l'

    l3

    T'

    T3T2

    T1

    te~ nost

    T

    T1O

    T2O

    para

    100%, 1 100%, 2x1 x2

    D

    T1

    T2

    T3

    b)a)

    1

    2

    B C

  • APARAT ZA DESTILACIJU

    Smeša koja se

    razdvaja

    Kolona za

    destilaciju

    Ulaz vode

    Izlaz vode

    Destilat

    Termometar

  • IDEALNI I NEIDEALNI RASTVORI

    idealni rastvor pozitivna odstupanja negativna odstupanja

  • NEIDEALNI RASTVOR:

    POZITIVNA ODSTUPANJA

    Najveći broj binernih tečnih sistema

    pokazuje pozitivna odstupanja.

    Primeri: aceton-ugljendisulfid,

    heptan-etilalkohol kao i smeše vode i

    primarnih alkohola.

  • NEIDEALNI RASTVOR:

    NEGATIVNA ODSTUPANJA

    Primeri za negativno odstupanje su:

    piridin-mravlja, sirćetna ili propionska kiselina

    (bazni i kiseli sastojak), smeše halometana,

    npr. hloroforma sa kiseoničnim ili azotnim

    jedinjenjem npr. keton, etar, estar ili amin.

    Negativna odstupanja se javljaju i u smešama

    lako isparljivih kiselina npr. halogenih, azotne

    ili perhlorne sa vodom.

  • NEIDEALNI RASTVOR:

    POZITIVNA ODSTUPANJA

    sastav

  • NEIDEALNI RASTVOR:

    POZITIVNA ODSTUPANJA

    sastav

  • NEIDEALNI RASTVOR:

    POZITIVNA ODSTUPANJA

  • NEIDEALNI RASTVORI

    POZITIVNA ODSTUPANJA

  • NEIDEALNI RASTVOR:

    POZITIVNA ODSTUPANJA

    molski udeo komponente A

    tem

    pe

    ratu

    rapara

    tečnost

  • NEIDEALNI RASTVOR:

    NEGATIVNA ODSTUPANJA

    molski udeo komponente A

    tem

    pe

    ratu

    ra

    para

    tečnost

  • DVOKOMPONENTNI SISTEMI

    • potpuno mešljive tečnosti

    • delimično mešljive tečnosti

    • nemešljive tečnosti

  • DELIMIČNO MEŠLJIVE TEČNOSTI

    heksan i nitrobenzen

    l

    l

    xx

    xx

    n

    n

    AA

    AA

  • KRITIČNE TEMPERATURE SMEŠA

    Neki sistemi (npr., voda-trietilamin)

    imaju donju kritičnu temperaturu.

    Ponekad (npr., nikotin-voda) postoji i

    donja i gornja kritična temperatura. te

    mp

    era

    tura

    molski udeo nikotina

    nikotinvoda

  • DELIMIČNO MEŠLJIVE TEČNOSTI

    Delimično mešljive tečnosti često

    formiraju azeotropne smeše sa

    minimumom tačke ključanja.

    Ako je gornja kritična temperatura

    ispod tačke ključanja, dijagram

    faza će izgledati kao na slici.

    molski udeo komponente B

    tem

    pe

    ratu

    ra

    para

    tečnost

    tečnost

  • DELIMIČNO MEŠLJIVE TEČNOSTI

    Delimično mešljive tečnosti često

    formiraju azeotropne smeše sa

    minimumom tačke ključanja.

    Ako do ključanja dolazi pre

    dostizanja gornja kritične

    temperature, dijagram faza će

    izgledati kao na slici.

    molski udeo komponente B

    para

    tečnost

    tečnost

    tem

    pe

    ratu

    ra

  • DVOKOMPONENTNI SISTEMI

    • potpuno mešljive tečnosti

    • delimično mešljive tečnosti

    • nemešljive tečnosti

  • NEMEŠLJIVE TEČNOSTI

    Kada se dve nemešljive tečnosti

    mućkaju zajedno, ukupni napon pare

    je p = pA + pB.

    Obe tečnosti će ključati kada je ukupni

    pritisak p = atmosferski pritisak.

  • DESTILACIJA PAROM

    Činjenica da je p = pA + pB za nemešljive tečnosti je osnov destilacije

    parom.

    Destilacija parom omogućava da se ulje i druga sa vodom nemešljiva

    organska jedinjenja destiluju na nižoj temperaturi od normalne tačke

    ključanja.

    Mnoga organska jedinjenja su termički nestabilna i mogu se raspadati

    pre ključanja.

    Nedostatak – sastav destilata je proporcionalan naponu pare

    komponenata.

  • NERNSTOV ZAKON RASPODELE

    Ako se sistemu od dve nemešljive ili slabo mešljive tečnosti doda

    odreĎena količina neke treće supstancije, ona će se rastvoriti u oba

    tečna sloja, tako da će odnos ravnotežnih koncentracija te supstancije

    u I i II sloju biti konstantan na bilo kojoj temperaturi:

    bez obzira na vrednosti ravnotežnih koncentracija.

    K – konstanta raspodele.

    KC

    C

    II

    I

  • ZAKON RASPODELE

    III aRT ln0

    IIIIII aRT ln0

    RTa

    a III

    II

    I

    00

    ln

    Ka

    a

    II

    I

    KC

    C

    II

    I

    Razblaženi rastvor

    KC

    C

    IIII

    II

    )α1(

    )α1(

    Disocijacija

  • EKSTRAKCIJA

    Organske supstancije kao više rastvorljive u organskim rastvaračima

    nego u vodi mogu se ekstrahovati iz vodenih rastvora. Kao organski

    rastvarači najčešće se koriste etar, hloroform, ugljentetrahlorid ili

    benzen.

    Klmm

    Vm

    /)(

    /

    1

    1

    lKV

    KVmm

    1

    2

    12

    lKV

    KVm

    lKV

    KVmm

    n

    nlKV

    KVmm