Wykresy równowagi fazowej w układach dwuskładnikowych – Jak to ogarnąć bez spiny?

Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak zrozumieć te wszystkie skomplikowane wykresy fazowe? Spokojnie, dzisiaj pokażemy, że można to zrobić bez bólu głowy, a przy okazji może się nawet trochę pośmiejemy. Gotowi? Zaczynamy!

Zadanie, które brzmi jak zagadka z teleturnieju naukowego

Treść zadania: W warunkach izotermicznych prężność par nasyconych metylobenzenu oraz 1-,2 – dimetylobenzenu wynoszą odpowiednio 0,5246atm i 0,1974atm. Jeśli wiesz, że w tych warunkach temperatury pod ciśnieniem 0,5atm układ wrze, ustal skład cieczy i pary. Układ charakteryzuje się pełną mieszalnością.

Wykres – twój przyjaciel w tej chemicznej przygodzie

Tak jak każde zadanie tego typu najpierw należy rozpocząć od zrobienia wykresu poglądowego. Wykres poniżej:

W treści zadania mamy podane prężność par nasyconych, a mamy ustalić skład, tak więc wykres jaki musimy stworzyć musi być wykresem ciśnienia w funkcji składu p=f(x). Mówię o tym dlatego, że nie zawsze tak musi być. Gdyby w treści zadania były podane temperatury to należałoby sporządzić wykres temperatury w funkcji składu T=f(x). Na wykresach p=f(x) linia sąsiadująca  z cieczą musi być linią prostą, natomiast linia zielona sąsiadująca z gazem zawsze jest zakrzywiona. Zwróć uwagę, że na wykresie, ciecz jest nad linią czerwoną, a gaz pod linią zieloną. Tak musi być, ponieważ wraz ze wzrostem ciśnienia, gaz zamienia się w ciecz, dlatego ciecz na tym wykresie musi być nad gazem.

Mamy obliczyć jaki jest skład cieczy (x) oraz pary (y) gdy ciśnienie w układzie jest równe 0,5atm. Zaznaczyłem to na wykresie poniżej:

Obliczamy skład cieczy i gazu – nie panikuj, mamy wzory!

Na przecięciu linii zielonej odczytujemy skład gazu, natomiast na przecięciu linii czerwonej odczytujemy skład cieczy. Najpierw skupmy się nad obliczeniem składu cieczy. Żeby to obliczyć potrzebujemy 2 wzory, które zawsze w tego typu zadaniach się przydają, a mianowicie:

Prawo Daltonaß https://fizyka-kursy.pl/blog/prawo-daltona

p_c=p_m+p_1,2

Prawo Roaultaß https://fizyka-kursy.pl/blog/prawo-raoulta

p_m=x_m*p_m^* oraz p_1,2=x_1,2*p_1,2^*

Połączenie praw Daltona i Raoulta – jak magiczne równanie uratowało dzień

W następnym kroku należy równania z Prawa Roaulta wstawić do wzoru na prawo Daltona przez co otrzymujemy:

p_c= x_m*p_m^*+ x_1,2*p_1,2^*

Jeśli jednego składnika mam np. 0,1 całości, to resztę czyli 0,9 musi stanowić pozostały. Skoro tak to x_1,2 możemy zastąpić przez następującą zależność: x_1,2=(1- x_m). Od razu ją wstawmy do wzoru powyżej przez co otrzymujemy:

p_c= x_m*p_m^*+ (1- x_m)*p_1,2^*

Ułamek molowy się powtarza, a poza tym właśnie to mamy obliczyć, dlatego należy tak przekształcić to równanie żeby na lewej stronie było tylko x_m (poniżej przekształcenia).

Ułamek molowy – czy to brzmi jak zagadka matematyczna? Trochę tak, ale luzik!

Następnie musimy jeszcze obliczyć ułamek molowy w parze. Poniżej obliczenia:

Gratulacje! Zrobiliśmy to – i to z uśmiechem na twarzy

Kto by pomyślał, że równowaga fazowa może być taka zabawna? A teraz, skoro już wiesz, jak to działa, śmiało! Zastosuj te metody przy każdym kolejnym zadaniu z chemii. A jeśli nie wychodzi – zawsze możesz wrócić do tego artykułu po pomoc.

Ciekawe artykuły na deser

Na koniec, jeśli masz ochotę na więcej chemicznych ciekawostek, zajrzyj do innych naszych artykułów! Kto powiedział, że nauka musi być nudna?

Zapraszam do czytania innych naszych artykułów:)

Masz ochotę na więcej zadań? Sprawdź mój kurs!

Jeśli to zadanie było dla Ciebie ciekawe, a chcesz zgłębić temat wykresów równowagi fazowej i poćwiczyć na większej ilości przykładów – zapraszam Cię serdecznie na mój kurs online! Znajdziesz tam mnóstwo zadań z pełnymi obliczeniami i szczegółowymi wyjaśnieniami, które pomogą Ci wejść na mistrzowski poziom w tej tematyce. Kurs dostępny jest pod tym linkiem: Równowagi fazowe w układach dwuskładnikowych.

Nie zwlekaj, wskocz w świat chemicznych wyzwań i obliczaj jak profesjonalista!