Равновесие в системе кристалл-раствор

Все твердые вещества, рассматриваемые нами в этом разделе, обладают способностью растворяться в различных жидкостях (растворителях). Растворение твердых веществ в растворителях всегда сопровождается тепловым эффектом: чаще всего поглощением тепла, реже- выделением. Величина и знак теплового эффекта зависят от природы твердого вещества и растворителя, температуры и концентрации раствора. Это тепло называется теплотой растворения. При кристаллизации вещества из раствора так же выделяется или поглощается тепло. Тепловой эффект при этом противоположен по знаку тепловому эффекту при растворении. В практических расчетах величину теплового эффекта при растворении принимают равной величине эффекта при кристаллизации. Сведения о величине и знаке теплового эффекта при растворении приводится в справочной литературе.

Содержание растворенного вещества в растворителе характеризуется концентрацией. Концентрация раствора, при которой наступает подвижное равновесие между кристаллами и раствором, т.е. количество растворяющихся из кристалла частиц (молекул, ионов) и кристаллизирующихся частиц одинаково во времени, называется растворимостью или концентрацией насыщения.

Растворимость различных веществ определяются опытным путем и приводится в справочной литературе. Растворимость различных веществ сильно может отличаться как по величине (кг растворяемого вещества / кг растворителя), так и по зависимости от температуры. Для веществ обладающих "положительной" растворимостью растворимость увеличивается с повышением температуры, а для веществ с "отрицательной" - падает с увеличением температуры.

На рис. (.1) представлена зависимость растворимости некоторых веществ в воде от температуры

Рис.1. Кривые растворимости в воде (KNO₃; NaCl; KCl; Na₂SO₄; Na₂SO₄*10H₂O)

Растворимость веществ в различных растворителях зависит от физико-химических свойств как самих веществ, так и растворителя и от температуры. Наибольшее распространение в промышленности в качестве растворителя нашла вода для неорганических веществ, а для органических - спирты, эфиры, углеводороды, хлорпроизводные и другие органические жидкости.

Растворимость определяет условия равновесия между кристаллами и раствором. Равновесие можно представить в виде диаграмм в координатах температура состав (Рис. 2).

Рис..2. Диаграмма растворимости системы NH₄Cl-H₂O

На этой диаграмме линия СF соответствует насыщенным растворам соли (линия растворимости), СD - растворам, находящимся в равновесии со льдом (вода в кристаллическом состоянии). В точке С, называющейся криогидратной, существует три фазы: раствор, кристаллы соли и лед. Область СFЕ ограничивает область пересыщенных растворов, т.е. растворов в которых концентрация выше растворимости. При некоторых условиях, рассматриваемых ниже, концентрация растворенного вещества может быть больше его растворимости. Такие растворы называются пересыщенными. Область CFE называется полем кристаллизации соли и определяет пересыщенные растворы и механические смеси насыщенного раствора и избытка кристаллической соли.

Точки на диаграмме, расположенные выше линии DС и СF показывают состав ненасыщенных растворов.

Область ВСD называется полем кристаллизации льда, а точки в этой области характеризуют механическую смесь раствора с избытком льда.

Ниже линии ВСЕ находятся точки, отражающие состав твердой фазы, состоящей из кристаллов NH₄Cl и льда (жидкая фаза отсутствует).

Диаграммы состава системы (Рис. 2) позволяют графически проводить расчеты процессов изотермического испарения растворов и кристаллизации при охлаждении.

Дата добавления: 2014-01-04