Законы Коновалова


Законы Коновалова

Законы Коновалова описывают процессы, протекающие в равновесных системах «жидкий раствор — пар» под действием температуры или давления.

Содержание

Первый закон Коновалова

Первый закон Коновалова (1881 г.) описывает процесс фракционной перегонки:

  • насыщенный пар по сравнению с равновесным раствором обогащён компонентом, добавление которого к системе повышает общее давление пара

Рассмотрим фазовую диаграмму при постоянном давлении для бинарной системы в координатах состав — температура:

Konovalov-1.gif При нагревании исходной смеси состава Х1 кипение начнётся в точке а1. При этом состав первых порций пара соответствует точке b1. При конденсации этого пара образуется смесь состава Х2, в которой доля компонента А выше, по сравнению с исходной смесью. Нагрев этой смеси приведёт к получению конденсата состава Х3 и так далее, вплоть до выделения чистого компонента А. Отметим, что при кипении смеси состава Х1 состав жидкости будет обогащаться компонентом В, соответственно температура кипящей жидкости будет повышаться до тех пор, пока в жидкости не останется только компонент В.

Последовательные перегонки в промышленных условиях объединены в один автоматизированный процесс в дефлегмационных и ректификационных колоннах.

Второй закон Коновалова

Второй закон Коновалова (1881 г.) описывает растворы с отклонениями от свойств идеальных растворов и объясняет существование азеотропных растворов, состав которых при перегонке не изменяется:

  • Экстремумы на кривых полного давления пара отвечают такому равновесию раствора и насыщенного пара, при котором состав обеих фаз одинаков

Konovalov-2.gif

Доказательство второго закона Коновалова

Согласно уравнению Дюгема-Маргулеса, которое описывает равновесие в идеальных бинарных растворах газов или давление насыщенного пара над идеальным бинарным жидким раствором

~(1-x)d \ln p_1=-xd \ln p_2 или ~(1-x)\frac {d p_1}{p_1}=-x\frac {d p_2}{p_2}

, где ~x — мольная доля второго компонента в растворе, ~p_1 и ~p_2 — парциальные давления первого и второго компонента.

Отсюда следует, что

dp_1=-\frac {x}{1-x} \cdot \frac {p_1} {p_2} dp_2

По закону Дальтона

~p_2=yp

~p_1=(1-y)p

где ~(1-y) и ~y — мольные доли первого и второго компонента в насыщенном паре, ~p — общее давление в системе. Тогда ~dp_1=-\frac{x(1-y)}{(1-x)y}dp_2

Поскольку общее давление есть сумма парциальных, то ~dp=dp_1+dp_2. Подставив в это выражение значение ~dp_1 из предыдущего получим

~dp=(1-\frac{x(1-y)}{(1-x)y})dp_2

Разделив обе части на ~dx и раскрыв скобки получим, что

~\frac{dp}{dx}=\frac{(y-x)}{(1-x)y}\cdot\frac{dp_2}{dx}

В экстремуме ~dp/dx=0, следовательно

~\frac{(y-x)}{(1-x)y}\cdot\frac{dp_2}{dx}=0

Поскольку ~dp_2/dx > 0, так как с ростом концентрации второго компонента растёт и его парциальное давление, то равенство может соблюдаться только если ~x=y — когда состав пара и раствора одинаков, что и доказывает второй закон Коновалова. Растворы, состав которых отвечает точке экстремума, кипят при постоянной температуре, а их состав при перегонке не изменяется. Такие растворы называются «азеотропными растворами» или «азеотропами». Разделение азеотропов методом фракционной перегонки невозможно. Для разделения таких растворов используют химические методы, перегонку с третьим компонентом либо фракционную перегонку при другом давлении.

Литература

  • Герасимов Я. И. и др. Курс физической химии. — М.: Химия, 1970.

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Законы Коновалова" в других словарях:

  • Законы Рауля — Законы Рауля  общее название открытых французским химиком Ф. М. Раулем в 1887 г. количественных закономерностей, описывающих некоторые коллигативные (зависящие от концентрации, но не от природы растворённого вещества) свойства …   Википедия

  • КОНОВАЛОВА ЗАКOНЫ — связывают изменения состава равновесно сосуществующих жидкой и паровой фаз двойной системы с изменениями т ры или давления. В совр. формулировке первый К. з. устанавливает: при постоянной т ре Т= const давление пара р ра возрастает (уменьшается)… …   Химическая энциклопедия

  • Коновалова законы —         два закона, выражающие связь между составом жидкого раствора и составом и давлением насыщенного пара (или температурой кипения) в системе из двух летучих веществ. Эти законы были установлены экспериментально и теоретически Д. П.… …   Большая советская энциклопедия

  • Закон Коновалова — Законы Коновалова описывают процессы, протекающие в равновесных системах жидкий раствор пар под действием температуры или давления. Содержание 1 Первый закон Коновалова 2 Второй закон Коновалова …   Википедия

  • Правила Коновалова — Законы Коновалова описывают процессы, протекающие в равновесных системах жидкий раствор пар под действием температуры или давления. Содержание 1 Первый закон Коновалова 2 Второй закон Коновалова …   Википедия

  • Правило Коновалова — Законы Коновалова описывают процессы, протекающие в равновесных системах жидкий раствор пар под действием температуры или давления. Содержание 1 Первый закон Коновалова 2 Второй закон Коновалова …   Википедия

  • Вревского законы —         вместе с законами Д. П. Коновалова лежат в основе термодинамической теории двойных систем типа раствор пар; установлены М. С. Вревским (См. Вревский) (1911). В. з. в количественной форме выражают влияние теплот испарения компонентов на… …   Большая советская энциклопедия

  • Коновалов, Дмитрий Петрович — профессор химии в спб. университете; род. в 1856 г. Учился в екатеринославской гимназии и по окончании в ней курса, с золотой медалью, поступил в горный институт. Окончив там, по металлургическому отделению, курс, поступил с такой хорошей… …   Большая биографическая энциклопедия

  • Коновалов, Дмитрий Петрович — В Википедии есть статьи о других людях с именем Коновалов, Дмитрий. Дмитрий Петрович Коновалов Дата рождения: 10 (22) марта 1856(1856 03 22) Место рождения …   Википедия

  • Коновалов Дмитрий Петрович — Дмитрий Петрович Коновалов Дмитрий Петрович Коновалов (10 (22) марта 1856, село Ивановцы Екатеринославской губернии (ныне Днепропетровская область) 6 января 1929, Ленинград) выдающийся русский, советский химик, метролог, специалист в области… …   Википедия

Книги

Другие книги по запросу «Законы Коновалова» >>