Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри

РАСТВОРОВ. АКТИВНОСТЬ

ТЕРМОДИНАМИКА КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ

Ректификация

Принцип процесса ректификации сводится к следующему. Если жидкость и пар разного состава поступают на данную тарелку с разных сторон, то между ними происходит тепло и массообмен. В результате этих процессов состав пара смещается в сторону более легколетучего компонента, а состав жидкости смещается в сторону менее летучего компонента. Происходит охлаждение пара, приводящее к частичной его конденсации и нагревание жидкости, вызывающее частичное ее испарение. Таким образом, восходящий поток пара, теряя в результате контакта с жидкостью высококипящий компонент и приобретая легкокипящий компонент, обогащается им, жидкость же, стекающая по мере накопления на тарелках вниз, обогащается высококипящим компонентом. При достаточном количестве тарелок, число которых рассчитывается на определенную полноту разделения, можно полностью разделить смесь.

Активность можно определить как величину, характерную для реального раствора, которую подставляют вместо концентрации в уравнение для химического потенциала идеального раствора.

m_I = m_i⁰ + RTln a_i

Активность называется эффективной или действующей концентрацией. Ввел это понятие Льюис.

Рассмотрим химический потенциал компонента в растворе и насыщенном паре над этим раствором.

В растворе

m_i = m_i⁰ + RTln a_i

в паре

m_i = m_i⁰ⁿ + RTln P_i

для чистого компонента в паре

m_i⁰ = m_i⁰ⁿ + RTlnP_i ⁰

компонуя уравнения получим

a_i =

т.е. активность компонента равна отношению давления его пара над раствором к давлению пара над чистым раствором более строго

a_i =

Важной характеристикой раствора является коэффициент активности.

Для идеального раствора

m_ИД = m_i⁰ + RTln N_i

для реального раствора

m_i = m_i⁰ + RTln a_i

m_I - m_ид = RTln

g = - коэффициент активности.

Коэффициент активности характеризует работу или изменение химического потенциала при переходе компонента из идеального раствора в реальный.

Очень важен вопрос о выборе стандартного состояния. Для растворов часто принимают стандартным такое состояние, чтобы для предельно разбавленных растворов g = 1.

В том случае, когда активность определяется через мольные доли коэффициент активности называется рациональным. Если концентрация выражается в молях на литр, то коэффициент активности называется практическим.

Растворы газов в жидкостях можно рассматривать как системы, в которых устанавливается равновесие между жидкой фазой, содержащей растворитель и растворенный газ, и газовой фазой, содержащий данный газ и пары растворителя.

Растворимость вещества определяется его концентрацией в насыщенном растворе. Растворимость газов в жидкостях зависит от природы растворяемого газа и растворителя, давления газа, температуры и присутствия в растворе различных веществ, особенно электролитов.

Растворимость газов в жидкость помимо обычной концентрации выражается еще коэффициентом растворимости a или коэффициентом поглощения b.

Коэффициент растворимости равен объему газа, выраженному в м³ и растворенному в 1 м³ растворителя при данной температуре и 1 атм.

Коэффициент поглощения равен объему газа, растворенному в 1 м³ при 0° С и 1 атм. b = a 273,15/Т.

Если газ химически не взаимодействует с растворителем, то зависимость растворимости газа в жидкости от давления выражается законом Генри:

Парциальное давление пара растворенного газа пропорциональнo его мольной доле в растворе

m_i = m_i⁰ⁿ +. RTlnP_j

m_i = m_i^ож + RTlnN_j

In = = Ink

Pi = kN_j

Закон Генри справедлив только тогда, когда растворение газа в жидкости не связано с процессами диссоциации и ассоциации молекул растворенного газа.

В присутствии электролитов растворимость газов в жидкостях уменьшается. Влияние электролитов на растворимость газов в водных растворах описывается уравнением Сеченова

lg = kC,

где N₀ и N растворимость газа в воде и растворе электролита, к - постоянная, характерная для данного электролита, С - концентрация электролита.

Уменьшение растворимости газов в присутствии солей называется высаливанием.

РАСТВОРИМОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ В ЖИДКОСТЯХ

Растворимость твердых тел в жидкостях сильно зависит от их природы, природы растворителя и температуры. Вопрос о зависимости растворимости от физико-химических свойств компонентов находится сейчас в неудовлетворительном состоянии, что связано с отсутствием ясных и общих представлений о молекулярных силах, действующих в растворах и определяющих растворимость, и с отсутствием универсальной теории жидкостей.

Если, однако, при растворении образуется идеальный раствор, величина растворимости может быть предсказана термодинамически

()_р =

где N₂ - растворимость твердого тела,

DH_раст - дифференциальная теплота растворения.

Растворимость твердого вещества в растворе можно представить протекающим в две стадии:

1) Плавление твердого.

2) Смешение жидкого вещества с идеальным раствором. В случае идеального раствора теплота второго процесса равна нулю. Это значит, что DН⁰_пл = DН_раст

()_p =

lgN₂ = -

Дата добавления: 2014-01-07