PS2018 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie
Seminární cvičení     C4040 Pokročilá fyzikální chemie -č. V seminář
FÁZOVÉ ROVNOVÁHY
Důležité konstanty: R = 8.314472 J K"1 mol-1
Úkol č. 1
Načrtněte závislost tlaku čistých par na složení neomezeně mísitelné směsi dvou kapalin A a B za konstantní teploty a předpokladu ideálního chování, tj. Raoultův zákon.
Řešení:       Raoult: pa = xada*, pb = xbpb*, Dalton: p = pA + pb
p/kPa ,-,
Úkol č. 2
Načrtněte závislost tlaku čistých par na složení neomezeně mísitelné směsi dvou kapalin A a B za konstantní teploty a předpokladu ideálního chování s odchylkami od Raoultova zákona. Vyznačte Henryho konstanty.
Řešení:
Stránka 1 z 6
PS2018 Přírodovědecká fakulta MU — Ústav chemie
Seminární cvičení     C4040 Pokročilá fyzikální chemie -č. V seminář
Úkol č. 3
Načrtněte izobarický a izotermický fázový diagram pro neomezeně mísitelnou směs kapalin A a B, které splňují Raoultův zákon s odchylkami od ideálního chování. Oba diagramy popište a diskutujte v čem se liší. Která ze složek je těkavější a co to znamená pro tenzi par?
Řešení:
liquidus	liquid
	g + 1
gas	vaporus
Izotermický
1.0
	vaporus
gas	
g + 1	
	liquid
£r liquidus	
X,
Izobarický
1.0
Těkavější složkou je ta, která vře při nižší teplotě (má nižší teplotu varu), tedy má vyšší tenzi nasycených par.
Stránka 2 z 6
PS2oi8 Seminární cvičení č. V
Přírodovědecká fakulta MU — Ústav chemie C4040 Pokročilá fyzikální chemie -seminář
Úkol č. 4
XB	0.0	0.2	04	0.6	0.8	1.0
pB/kPa	0.0	4-7	10.9	18.9	29.2	39-1
pA/kPa	46.3	36.0	24.7	13.6	4-9	0.0
Níže je sestrojen graf závislosti tlaku nasycených par na složení kapaliny pro směs acetonu (A) a chloroformu (B) při teplotě 35 °C. Určete tenzi nasycených par pro čisté látky. Určete celkový tlak ekvimolární směsi z grafu a porovnejte jej s hodnotou vypočtenou z Raoultova zákona. O kolik % se liší reálná soustava od ideální?
50
p/kPa
45 40 35 30 25 20 15 10
5
o
o     0,1    0,2    0,3    0,4    0,5    0,6    0,7    0,8   0,9 1
Řešení:       pa* = 46.3 kPa, pis* = 39.1 kPa
ekvimolární: xa = 0.5, xb = 0.5 ... p = xapa* + jcbpb* = 42.7 kPa (100 %) je celkový tlak, bude-li se směs chovat ideálně.
Směs se ovšem ideálně nechová, a tak celkový tlak odpovídá hodnotě přibližně 33.5 kPa (78 %), což je o 22 % nižší tlak oproti ideálnímu.
Úkol č. 5
ř/°C	110.9	112.0	114.0	115-8	117-3	119.0	120.0	123.0
XT	0.908	0.795	0.615	0.527	0.408	0.300	0.203	0.097
yT	0.923	0.836	0.698	0.624	0.527	0.410	0.297	0.164
Stránka 3 z 6
PS2018 Přírodovědecká fakulta MU — Ústav chemie
Seminární cvičení     C4040 Pokročilá fyzikální chemie -č. V seminář
Z výše uvedených experimentálních údajů je níže sestrojen fázový diagram pro směs oktanu (O) a toluenu (T). Odhadněte teploty varu čistých látek. Dále určete, která z látek je těkavější. Odhadněte složení páry, jestliže kapalina má složení xr = 0.25 a pro xo = 0.25. Znázorněte proces frakční destilace při počátečním složení xr = 0.50, bude-li účinnost frakční kolony tři teoretická patra. Při jaké teplotě začne směs vřít? Pro každý krok znázorněte vypařování a kondenzaci a zapište složení toluenu v obou fázích.
126
t/°C
124 122 120 118 116 114 112 110
o     0,1    0,2    0,3    0,4    0,5    0,6    0,7    0,8    0,9 1
Řešení:       TV (toluen) = 110.6 °C, TV (oktan) = 125.6 °C ... toluen je těkavější, neboť má nižší teplotu varu (vyšší tenzi nasycených par)
Složení páry: pro xr = 0.25 je yi = 0.36; pro xo = 0.25 je yo = 0.82
Odhadování je subjektivní, např. pro xr = 0.50 je yr = 0.605
pro xr = 0.605 je yr = 0.695
pro xr = 0.695 je yr = 0.76
Úkol č. 6
Azeotropy patří k soustavám, které nesplňují Raoultův zákon. Z izobarického fázového diagramu HNO3-H2O odečtěte body varu čisté kyseliny a vody a bod varu a složení v maximu teploty varu této směsi, která tvoří azeotrop. Co to je azeotrop? Jak by vypadal izotermický fázový diagram? [TV (HN03) = 83.0 °C (356.15 K), TV (H20) = 100.0 °C (373-15 K); TV (HN03-H20) = 120.5 °C (393-65 K), složení: 68 % HN03.]
Stránka 4 z 6
PS2018 Přírodovědecká fakulta MU — Ústav chemie
Seminární cvičení     C4040 Pokročilá fyzikální chemie -č. V seminář
hno,
h?0
60 40 HN03(wt%)
20
Řešení: Směs tvoří azeotrop právě tehdy, když je složení plynné fáze stejné jako kapalné. Složky nadále od sebe nelze destilací oddělit, čili další odpařování nevede ke změnám složení.
Úkol č. 7
Z fázového diagramu Bi-Sn odečtěte body tání čistého Bi a Sn a bod tání a složení eutektika. Co to je eutektikum? [Tt (Bi) = 270 °C (543.15 K), Tt (Sn) = 230 °C (503.15 K); Tt (Bi-Sn) = 140 °C (413.15 K), složení: 44 % Sn.]
Stránka 5 z 6
PS2018 Přírodovědecká fakulta MU — Ústav chemie
Seminární cvičení     C4040 Pokročilá fyzikální chemie -č. V seminář
teplota re
Bi hmotnostní % Sn Sn
Řešení: Eutektikum je taková směs tuhých látek, která má při daném složení nej nižší teplotu tuhnutí.
Stránka 6 z 6