Konovalobning ikkinchi qonuni - 2. Kimyoviy muvozanat. Le-Shatel’e prinsipi. Massalar ta'siri qonuni va uning amaliy...

Konovalobning ikkinchi qonuni. Oʻzgarmas temperaturada muvozanat bosimining eritma tarkibiga yoki oʻzgarmas bosimda (P-const) qaynash temperaturasi (kondensatsiya)ning konsentratsiyaga chiziqli bogʻliqligining ekstremum nuqtasida muvozanatda boʻlgan suyuqlik va bugʻ tarkiblari mos keladi.
Bunday eritmalar ajralmas qaynab turgan yoki azeotropik aralashmalar deb ataladi.
3-qonun - oʻzgarmas temperatura va bosimda suyuq eritma bilan bugʻ tarkibi bir yoʻnalishda oʻzgaradi. Konovalov qonunlari suyuq va bugʻ fazalaridan iborat ikki komponentli sistemalar uchun 1881-84 yillarda D. P. Konovalov tomonidan nazariy asoslangan va amaliy tasdiqlangan. 1876-78 yillarda J. U. Gibbs bu qonunlarni umumlashtirgan holda keltirib chiqargan. Konovalovning 2- qonuni koʻpincha Gibbs-Konovalov qonuni deb ataladi; uni koʻp komponentli sistemalarga ham tatbiq etish mumkin. Konovalov qonunlari fazalar muvozanati diagrammalarini tuzishda, suyuqlik - bugʻ muvozanati toʻgʻrisidagi maʼlumotlarni amaliy jihatdan tahlil qilishda, moddalarni rektifikatsiya yoʻli bilan ajratish usullarini ishlab chiqishda muhim ahamiyatga ega.
1 - turdagi qo’shaloq suyuq eritmalarni haydash(distillash).Uchuvchi komponentlari bir -birida cheksiz eriydigan va azeotrop aralashma hosil qilmaydigan (1-turdagi tizimlar) binar suyuq eritmaning holat diagrammalarini ko'rib chiqamiz. Holat diagrammasini tuzish uchun bitta grafikda ikkita bog'liqlik chiziladi: to'yingan bug 'bosimining eritma tarkibiga bog'liqligi va to'yingan bug' bosimining bug 'tarkibiga bog'liqligi (5 -rasm) yoki eritmaning qaynash temperaturasining eritma tarkibiga bog'liqligi va eritmaning qaynash temperaturasining muvozanatli bug 'tarkibiga bog'liqligi (6 -rasm).
5-rasm. 1 -turdagi tizimning holat diagrammasi, koordinatalarda
bosim - tarkib (T = const)
5 -rasmda ko'rsatilgan holat diagrammasini ko'rib chiqamiz. KLMN egri chizig'i to'yingan bug 'bosimining eritma tarkibiga bog'liqligini ko’rsatadi; egri chiziq ustida suyuqlik fazasiga mos keladigan maydon joylashgan. KRQN egri chizig'i - to'yingan bug 'bosimining bug' tarkibiga bog'liqligini ko’rsatadi; egri chiziq ostida gazsimon fazaga mos keladigan maydon joylashgan.
Egri chiziqlar orasidagi maydon - tizimning heterojenlik maydoni hisolanadi. Diagrammadan ko'rinib turibdiki, XB tarkibli eritma uchun YB (L va R nuqtalari) muvozanatli bug'lari (L va R nuqtalari) mos keladi, ularning bosimi P1 ga teng va X'B tarkibli eritmaga Y'B muvozanali bug'lari mos keladi (M va Q nuqtalari), uning bosimi P2 ga teng. Shunday qilib, B komponentining kontsentratsiyasining oshishi umumiy bug 'bosimining pasayishiga olib keladi va Konovalovning birinchi qonuniga binoan muvozanat bug'ida A komponent eritmadagiga nisbatan ko'proq bo’ladi.
Suyuqlikni doimiy bosimda distillash jarayonini ko'rib chiqishda 6 -rasmda ko'rsatilgan koordinatalarida qaynash temperaturasi – tarkibdan iborat holat diagrammasidan foydalaniladi.
http://physchem.chimfak.sfedu.ru/Source/Phys/physchem_32.htm
Egri chiziqlar orasidagi maydon - tizimning geterojenlik maydoni hisoblanadi. Diagrammadan ko'rinib turibdiki, XB tarkibli eritmaga muvozanat bug'iga YB tarkibli muvozanatli bug'lari (L va R nuqtalari) mos keladi, to'g'ri keladi, ularning bosimi P1 ga teng va X'B tarkibli eritmaga Y'B tarkibli bug’ (M va Q nuqtalari) mos keladi, uning bosimi P2 ga teng. Shunday qilib, B komponentining kontsentratsiyasining oshishi umumiy bug 'bosimining pasayishiga olib keladi va Konovalovning birinchi qonuniga binoan muvozanat bug'ida eritmadan ko'ra ko'proq A komponent mavjud bo’ladi.
Suyuqlikni doimiy bosimda distillash jarayonini ko'rib chiqishda 6 -rasmda ko'rsatilgan koordinatalarida qaynash temperaturasi – tarkib bo’lgan holat diagrammasi qo’llaniladi.
6-rasm. 1-turdagi tizimning holati diagrammasi koordinatalarda harorat - tarkibi (P = const)
KLMN egri chizig'i - qaynash nuqtasining eritma tarkibiga bog'liqligini ko’rsatadi: suyuqlik fazasiga mos keladigan maydon egri ostida joylashgan. KRQN egri chizig'i - eritmaning qaynash nuqtasining bug 'tarkibiga bog'liqligini ko’rsatadi; egri chiziq ustida gazsimon fazaga mos keladigan maydon(mintaqa) joylashgan. Egri chiziqlar orasidagi maydon - tizimning geterojenlik maydoni hisolanadi.
Diagrammadan ko'rinib turibdiki, XB tarkibli eritma T1 (L nuqtasi) qaynash temperaturasiga ega va u bilan muvozanatdagi bug' YB (R nuqtasi) tarkibiga ega, ya'ni, A komponenti bilan boyitilgan, uning eritmaga qo'shilishi eritmaning qaynash nuqtasini pasaytiradi. Holat diagrammasi nafaqat muvozanat fazalarining tarkibini aniqlashga, balki ularning nisbiy miqdorlarini hisoblashga ham imkon beradi. Keling, T2 (S nuqtasi) haroratda joylashgan kimyoviy moddalarning umumiy tarkibi ХВ bo’lgan tizimini ko'rib chiqaylik. Bunda suyuqlikning muvozanat fazasi (M nuqtasi) X'B tarkibga, muvozanat bug'i Y'B (Q nuqtasi) tarkibiga ega bo'ladi.
Fazalarning nisbiy soni richag qoidasi bilan belgilanadi; bu holda, suyuq fazaning miqdori (mollarda, chunki tarkibi mol ulushlarida(fraktsiyalarida) ifodalangan) bug'ning miqdoriga, segmentning uzunligi [QS] sifatida segmentining uzunligi[SM]ga taaluqli boladi.
Shunday qilib, holat diagrammasi T1 dan T2 gacha bo'lgan harorat oralig'ida ХВ tarkibidagi eritmadan haydaladigan fraktsiya tarkibini aniqlashga imkon beradi. Shubhasiz, bu holda, fraktsiyaning tarkibi YB va Y'B orasida bo'ladi, ya'ni, haydalgan(distillangan) fraksiya dastlabki eritma bilan solishtirganda A komponenti bilan boyitiladi, agar quyultirilgan(kondensatlangan) bug 'qayta distillanadigan bo'lsa, A komponentga yanada boyitilgan fraktsiya olinadi.
Bunday operatsiyalarni qayta -qayta takrorlash natijasida sof A komponentli bug'ni olish mumkin. Bug'lanish davrlarining ko’p marta takrorlanishi tufayli qaynash nuqtalari har xil bo'lgan suyuq eritmaning tarkibiy qismlarga ajratish – kondensatsiya rektifikatsiya deb ataladi. Rektifikatsiya jarayoni 7 -rasmda sxematik tarzda ko'rsatilgan.
7-rasm. Uchuvchi suyuqliklar aralashmasini rektifikatsiya qilish.
Xo tarkibli boshlang'ich eritmani distillash paytida eritma tarkibi uzluksiz o'zgaradi va qaynash temperaturasi ko'tariladi. To dan T1 gacha bo'lgan harorat oralig'ida distillash paytida muvozanat bug'ining tarkibi ham Yo dan Y1 gacha o'zgaradi; uning kondensatsiyasi qilish orqali T2 haroratida qaynaydigan X2 tarkibli suyuq fraktsiya olinadi. Bug'ning kondensatsiyalanishidan keyin uni T2 dan T3 gacha bo'lgan harorat oralig'ida distillash orqali T4 haroratda qaynaydigan X4 tarkibli fraktsiya olinadi.
Keyinga fraktsiyani T4 dan T5 gacha bo'lgan harorat oralig'ida distillash orqali X6 tarkibli fraktsiya olinadi. Bu fraktsiyaning tarkibi va qaynash temperaturasi A komponentiga deyarli yaqin bo’ladi.
Eritmaning tarkibiy qismlarini to'liq ajratish uchun zarur bo'lgan bug'lanish davrlarining soni - kondensatsiya (rektifikatsiya kolonnasining(ustunining) nazariy tarelklari soni deb ataladi) komponentlarning tabiati bilan belgilanadi (birinchi navbatda ularning qaynash temperaturalaridagi farq orqali) va hosil bo'lgan rektifikatsiya qilingan mahsulotning kerakli tozalik darajasi tizimning holat diagrammasi yordamida hisoblanishi mumkin.
|