Закон Коновалова

Закон 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:

  • насыщеный 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:

Изображение: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

Изображение: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, т.к. 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 фракционная перегодка при другом давлении.

Литература

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

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужно сделать НИР?

Полезное


Смотреть что такое "Закон Коновалова" в других словарях:

  • 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

  • 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

  • Фаз правило —         закон фаз, соотношение термодинамики (См. Термодинамика), согласно которому для любой равновесной системы сумма числа фаз φ и вариантности (См. Вариантность) v равна числу Компонентов k, увеличенному на число параметров n, определяющих… …   Большая советская энциклопедия

  • Россия. Русская наука: Химия — Изучение химии в России формально ведет свое начало с учреждения в 1725 г. в СПб. Академии наук. В 1727 г. в качестве натуралиста и химика был приглашен сын тюбингенского аптекаря Иоганн Георг Гмелин, проведший почти все время своего пребывания в …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Коновалов, Михаил Иванович — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Коновалов. Михаил Иванович Коновалов Дата рождения …   Википедия

  • Дело Pussy Riot — …   Википедия

  • Шульц, Михаил Михайлович — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Шульц. Михаил Михайлович Шульц …   Википедия

  • М. М. Шульц — Михаил Шульц. 1950 Михаил Михайлович Шульц (1 июля 1919, Петроград 9 октября 2006, Санкт Петербург) физикохимик, академик АН СССР (1979, с 1991 РАН), Герой Социалистического Труда (1991), художник. Содержание …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»