Закони Коновалова

Тема лекції: «Рівновага рідина-пара у бінарних

системах. Закони Коновалова. Перегонка. Рівновага рідина-рідина у бінарних

системах. Взаємна розчинність рідин»

НАЦІОНАЛЬНИЙ ФАРМАЦЕВТИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Лектор доцент Томаровська

Тетяна Олександрівна

ПЛАН ЛЕКЦІЇ:1.Криві Коновалова. Закони Коновалова.2.Фракційна перегонка. 3.Методи розділення азеотропних сумішей.4.Взаємна розчинність рідин. Бінарні системи

з обмеженою розчинністю у рідкій фазі.5.Перегонка з водяною парою.6.Перегонка під вакуумом. Молекулярна

перегонка. 

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ЛІТЕРАТУРА:

1. Фізична і колоїдна хімія / В. І. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. – Х. : Прапор, Видавництво УкрФА, 1999. – 368 с.2. Фізична та колоїдна хімія. Збірник задач / В. І. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. – Х. : Вид-во НФАУ; Вид-во ТОВ “Золоті сторінки”, 2001. – 208 с.3. Фізична та колоїдна хімія: Збірник завдань для самостійної роботи: Навч. посібник для студентів заочної (дистанційної) форми навчання фармацевтичних вузів і факультетів III—IV рівнів акредитації / В. I. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. За ред. В. I. Кабачного. – Х. : Вид-во НФаУ, 2008. – 140 с.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

КРИВІ КОНОВАЛОВА. ЗАКОНИ КОНОВАЛОВА

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Характерною особливістю рівноваги між розчином, який містить леткі компоненти, і його насиченою парою є різний склад рівноважних фаз.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Д.П. Коновалов, досліджуючи склад насиченої пари бінарних систем, будував діаграми, які в подальшому одержали назву кривих Коновалова.

Він використовував два типи діаграм: тиск насиченої пари як функція складу розчину і пари; температура кипіння як функція складу пари і розчину.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Криві Коновалова

мол. частка В

t = const

ВА

0В

р

0А

р

р

2х1х

Пара+Розчин

Пара

Розчин

At

t

ВА

Розчин

Пара

р = const

tB

Пара+Розчин

2х1х

Вчастка мол. а б

Залежності тиск насиченої пари - склад (а) та температура кипіння - склад (б) для неідеальних розчинів

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

У рівновазі з розчином складу х1

знаходиться пара складу х2, збагачена, у

порівнянні з розчином, компонентом В.

При додаванні до розчину компоненту В тиск насиченої пари над розчином підвищується.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

а б

ВА

p Т = const

Розчин

Пара

Мол. частка В

ВА

Т

Пара

р = сonst

Розчин

Мол. частка В

х1 х2 х1 х2

ТA

ТB

Пара+Розчин

Пара+Розчин

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Перший закон Коновалова насичена пара у порівнянні з рівноважним розчином збагачена тим компонентом, додавання якого до розчину підвищує тиск насиченої пари над розчином, або зменшує температуру його кипіння.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Криві Коновалова при значних позитивних або негативних відхиленнях від закону Рауля

А В

Розчин

Пара

p=constt

мол. ч Вх1 х2 х3х х4

At

Вt

А В

Розчин

Пара

p=const t

мол. ч. Вх

АtBt

мол. ч. ВВА

t=const

Пара

Розчин

p

х1 х2 х4х х3

0Ар

0Вр

мол. ч. В

t=const

ВА

Пара

Розчин

х

p

0Ар

0Вр

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Другий закон КоноваловаУ точках максимуму та мінімуму на кривих

загального тиску і температури кипіння складпари та рівноважного з ним розчину однаковий.

Такі розчини називаються азеотропними.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Азеотропи з мінімумом температури кипіння Системи:

вода – етанолацетон – метанол

бензол – ацетатна кислота

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Азеотропи з максимумом температури кипіння

Системи:хлороформ – ацетон

вода – метанова кислотавода – фтороводень

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

За допомогою кривих Коновалова можна теоретично обгрунтувати процес фракційної перегонки.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ФРАКЦІЙНА ПЕРЕГОНКА

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Пояснення ходу фракційної перегонки

t

A y x у1 х1 х2х3

tВ

t1

t2

t3

В

р=const

tA

молярна частка компоненту В

x – початковий склад розчину, який переганяють;t1 – температура кипіння вихідного розчину;х1 – склад перших крапель рідини, які утворилися при конденсації пари;t2 – температура кипіння розчину складу х2;х3 – склад останніх крапель відігнаної рідини;y – середній склад усієї відігнаної рідини (перший конденсат).

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

РектифікаціяФракційну перегонку незручно здійснювати

у кілька стадій, тому в лабораторіях користуються дефлегматорами, а на підприємстві – ректифікаційною колоною, де відбувається більш повне розділення суміші при однократній перегонці, протягом якої процеси випаровування і конденсації йдуть одночасно.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Схема ректифікаційної колони

1

234

1 – куб; 2 – трубка для пари; 3 – тарілка; 4 – трубка для стікання рідини.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

У ректифікаційних колонах пара проходить через тонкі шари конденсату, який збирається на поперечних перегородках (тарілках).

Гаряча пара, проходячи крізь шар рідини на такій тарілці, охолоджується і при цьому переважно конденсується висококиплячий компонент. Теплота конденсації, що виділяється при цьому, йде на випаровування легкокиплячого компонента. В результаті цього пара, що виходить з тарілки, збагачується легкокиплячим компонентом. При послідовному проходженні через ряд таких тарілок пара, що виходить з колони, майже повністю звільнюється від висококиплячого компонента. Останній зливається з вищої тарілки на нижчу і потрапляє в перегінний куб.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Застосування ректифікації у хімічній і фармацевтичній

промисловостяхдля одержання етанолу, ацетону;

при очищенні ацетоацетатного естеру, розгонці малонових естерів (отримання барбітуратів), розділенні суміші амінів (добування лідолу) тощо.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Розділення азеотропного розчину на чисті компоненти за допомогою фракційної перегонки неможливе.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

МЕТОДИ РОЗДІЛЕННЯ АЗЕОТРОПНИХ СУМІШЕЙ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Хімічне зв’язування одного з компонентів (одержання абсолютного спирту шляхом обробки водовіднімаючим реагентом);

Додавання третього компоненту з утворенням потрійної азеотропної суміші (одержання абсолютного спирту з додаванням бензолу);

Послідовна ректифікація на колонках з різним тиском.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ВЗАЄМНА РОЗЧИННІСТЬ РІДИН. БІНАРНІ СИСТЕМИ З

ОБМЕЖЕНОЮ РОЗЧИННІСТЮ В РІДКІЙ ФАЗІ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Обмежена розчинність рідинЯкщо позитивні відхилення від закону Рауля

перевищують деяку критичну величину, відбувається розшарування розчину на дві рідкі фази різного складу, спостерігається обмежена розчинність рідин.

Існують системи: з верхньою критичною температурою розчинення; з нижньою критичною температурою розчинення; з верхньою та нижньою критичними температурами розчинення; без критичних температур розчинення.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Діаграма стану обмежено розчинних рідин з верхньою критичною температурою

розчинення

K ttК

t1a в

А х1 х2 В

мас. ч. В

Фенол – водаАнілін – вода

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Діаграма стану обмежено розчинних рідин з нижньою критичною температурою

розчинення

Характерна для випадку, коли взаємна розчинність компонентів з підвищенням температури зменшується.

Триетиламін – вода діетиламін – водаK

мас. част. В BA

tК

t

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Діаграма стану обмежено розчинних рідин з верхньою та нижньою критичними

температурами розчиненняВзаємна розчинність

компонентів в одній області температур збільшується з підвищенням температури, а в другій – зменшується.

Нікотин – водаГліцерин – гваякол

K

K

мас. част. В BA

t

tК

tК

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Діаграма стану обмежено розчинних рідин без критичних температур розчинення

Якщо температури кипіння і замерзання сумішей досягаються раніше критичних температур розчинення, крива розчинності залишається незамкненою.

Естер – водаА Вмас. част. В

t

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ПЕРЕГОНКА З ВОДЯНОЮ ПАРОЮ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Якщо рідини, що утворюють систему, практично нерозчинні одна в одній, то тиск насиченої пари такої системи дорівнює сумі парціальних тисків чистих компонентів.

Температура кипіння такої системи нижча, ніж температури кипіння кожної з рідин, і не залежить від складу системи.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

У фармацевтичному виробництві перегонку з водяною парою використовують: для одержання ефірних масел з рослинної сировини; для очистки препаратів висококиплячих рідин або вихідних речовин для їх синтезу (анілін, фенол, хлороформ, хлоралгідрат).

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ПЕРЕГОНКА ПІД ВАКУУМОМ.МОЛЕКУЛЯРНА ПЕРЕГОНКА

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Перегонку під вакуумом використовують для виділення термічно нестійких речовин, особливо розділення речовин, що при звичайному тиску мають близькі температури кипіння.

Вакуумною перегонкою очищають від домішок естери саліцилової кислоти (метилсаліцилат, фенілсаліцилат).

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Молекулярна перегонка застосовується для розділення речовин близьких за своєю будовою при дуже низьких тисках.

Молекулярна перегонка використовується для виділення гормонів, гліцеридів, вітамінів.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

Дякую за увагу!