Порядок выполнения расчетов

Расчет парциальных молярных объемов

Компонентов бинарных растворов

План коллоквиума

Парциальные молярные величины. Методы определения парциальных молярных величин. Связь между парциальными молярными величинами компонентов раствора.

Цель работы

Определить парциальный молярный объем растворенного вещества и растворителя.

Общие положения

Свойства растворов подразделяются на экстенсивные, которые при Р, Т = const зависят от массы раствора, и интенсивные, которые зависят от концентрации раствора.

К экстенсивным относятся такие свойства, которые при увеличении количества всех компонентов систем в одно и то же число раз увеличиваются в то же самое число раз. К экстенсивным свойствам относятся объем системы, масса, внутренняя энергия, энтальпия и другие термодинамические функции.

Интенсивные свойства системы при таком увеличении количества компонентов не изменяются, но они зависят от соотношения количеств компонентов, и др. К интенсивным свойствам относятся и так называемые парциальные молярные величины.

Примером экстенсивного свойства является объем V раствора, а интенсивного — объем раствора, приходящийся на один моль данного компонента и называемый парциальным молярным объемом компонента.

Парциальной молярной величиной компонента i называется частная производная от экстенсивного свойства раствора z по числу молей этого компонента n_i при постоянных давлении, температуре и числах молей остальных компонентов:

Физический смысл величины – это часть экстенсивного свойства раствора z, приходящаяся на один моль данного компонента. С этой точки зрения любое экстенсивное свойство бинарного раствора можно выразить так:

.

Объем бинарного раствора, как и другие экстенсивные свойства, зависит от температуры, давления и чисел молей компонентов:

Полный дифференциал такой функции будет:

Первые две частные производные определяют изменение объема раствора заданного состава при изменении на единицу температуры или давления и связаны с экспериментально определяемыми коэффициентом термического расширения

и коэффициентом изотермической сжимаемости

.

Другие частные производные называются парциальными молярными объемами компонентов раствора:

(1)

При P, T = const объем бинарного раствора

(2)

C другой стороны объем раствора можно представить как сумму объемов чистых компонентов и изменение объема при смешении:

(3)

где и - молярные объемы чистых компонентов, – молярное изменение объема при смешении компонентов:

(4)

Здесь х₁ и х₂ - молярные доли компонентов,

— объемный эффект, т.е. изменение объема одного моля данного компонента при переходе его из чистого состояния в раствор данного состава.

Тогда, согласно выражению (1), парциальные молярные объемы компонентов:

(5)

(6)

Если представить графически зависимость от концентрации раствора (молярной доли второго компонента х₂), то величины

(7)

будут определяться отрезками, отсекаемыми на осях ординат касательной к кривой . Положение касательной зависит от выбранного состава раствора (см. рис. 1).

Рис.1. Зависимость среднего молярного эффекта от состава раствора

Отсекаемые отрезки определяют молярные объемные эффекты ( и ).

После этого по формулам (5) и (6) можно рассчитать парциальные объемы компонентов для раствора выбранной концентрации.

Порядок выполнения расчетов

1. Получить у преподавателя таблицу плотностей растворов разной концентрации бинарной системы и задание для расчета.

2. Рассчитать молярные доли компонентов:

где (M₁ и М₂ - молярные массы компонентов).

3. Рассчитать молярные объемы чистых компонентов:

4. Рассчитать молярное изменение объема при смешении компонентов:

5. Построить на миллиметровке зависимость от молярной доли второго компонента х₂.

6. Определить величины и . Для этого проводим касательные к кривой в точках, отвечающих х₂ = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0, до пересечения с осями ординат.

7. Определить парциальные молярные объемы компонентов для заданных составов раствора:

8. Исходные данные и результаты расчетов представляем таблицей:

Таблица

W2, %	r,г/см3	x2	x1

9. Построить зависимости парциальных молярных объемов компонентов от состава раствора х₂.

10. Сделать вывод по работе.

Литература

1. Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. М., ГЭОТАР-МЕД, 2001г., с.13-23.

2. Хмельницкий Р.А. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа,1988г., с.60-75.

3. Патров Б. В. Химическая термодинамика: Учебное пособие. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1997. 77 с.

Приложение