PRAWO RAOULTA: CO TO JEST, POZYTYWNE I NEGATYWNE ODCHYLENIA - CHEMIA - 2026

Raoulta zaproponowano francuskiego chemika Francois-Marie Raoulta 1887 i służy do wyjaśnienia zmiany ciśnienia pary roztworu (zwykle dwóch) idealnego substancji nie mieszających się w zależności od cząstkowego ciśnienia pary wodnej w każdym składniku obecny w tym.

Istnieją prawa chemiczne, które służą do opisania zachowania substancji w różnych warunkach i wyjaśnienia zjawisk, w których są zaangażowane, przy użyciu naukowo udowodnionych modeli matematycznych. Jednym z nich jest prawo Raoulta.

François-Marie Raoult

Korzystając z wyjaśnienia opartego na interakcjach między cząsteczkami gazów (lub cieczy) do przewidywania zachowania ciśnienia pary, prawo to jest wykorzystywane do badania rozwiązań nieidealnych lub rzeczywistych, pod warunkiem uwzględnienia współczynników niezbędnych do skorygowania modelu. matematyczny i dostosuj go do nieidealnych warunków.

Z czego to się składa?

Prawo Raoulta opiera się na założeniu, że zastosowane rozwiązania zachowują się w idealny sposób: dzieje się tak, ponieważ to prawo opiera się na idei, że siły międzycząsteczkowe między różnymi cząsteczkami są równe tym, które istnieją między podobnymi cząsteczkami (które nie tak dokładne w rzeczywistości).

W rzeczywistości, im bliżej ideału jest rozwiązanie, tym większe będą możliwości dostosowania się do cech proponowanych przez to prawo.

To prawo odnosi się do prężności pary roztworu z nielotną substancją rozpuszczoną, stwierdzając, że będzie równa prężności pary tej czystej substancji rozpuszczonej w tej temperaturze pomnożonej przez jej ułamek molowy. Wyraża się to matematycznie dla pojedynczego składnika w następujący sposób:

P _i = Pº _i . X _i

W tym wyrażeniu P _i jest równe częściowej prężności par składnika i w mieszaninie gazów, Pº _i jest prężnością pary czystego składnika i, a X _i jest ułamkiem molowym składnika i w mieszaninie.

W ten sam sposób, gdy w roztworze znajduje się kilka składników i osiągnęły one stan równowagi, całkowitą prężność pary roztworu można obliczyć, łącząc prawo Raoulta z prawem Daltona:

P = Pº _A X _A + Pº _B X _B + Pº _C X _c …

Podobnie w rozwiązaniach, w których występuje tylko jedna substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik, prawo można sformułować w sposób pokazany poniżej:

P _A = (1-X _B ) x Pº _A

Odchylenia dodatnie i ujemne

Rozwiązania, które można badać za pomocą tego prawa, powinny normalnie zachowywać się w sposób idealny, ponieważ interakcje między ich cząsteczkami są małe i pozwalają na przyjęcie tych samych właściwości w całym roztworze bez wyjątku.

Jednak w rzeczywistości idealne rozwiązania praktycznie nie istnieją, więc w obliczeniach, które reprezentują interakcje międzycząsteczkowe, należy uwzględnić dwa współczynniki. Są to współczynnik lotności i współczynnik aktywności.

W tym sensie odchylenia w stosunku do prawa Raoulta definiuje się jako pozytywne lub negatywne, w zależności od wyników uzyskanych w tym czasie.

Pozytywne odchylenia

Dodatnie odchylenia w stosunku do prawa Raoulta występują, gdy prężność par roztworu jest większa niż obliczona zgodnie z prawem Raoulta.

Dzieje się tak, gdy siły kohezji między podobnymi cząsteczkami są większe niż te same siły między różnymi cząsteczkami. W takim przypadku oba składniki łatwiej odparowują.

Odchylenie to jest widoczne na krzywej prężności pary jako punkt maksymalny w określonej kompozycji, tworząc dodatni azeotrop.

Azeotrop to ciekła mieszanina dwóch lub więcej związków chemicznych, która zachowuje się tak, jakby była złożona z jednego składnika i która odparowuje bez zmiany składu.

Ujemne odchylenia

Ujemne odchylenia w stosunku do prawa Raoulta występują, gdy prężność par mieszaniny jest niższa niż oczekiwana po obliczeniach z prawem.

Odchylenia te pojawiają się, gdy siły kohezji między cząsteczkami mieszaniny są większe niż średnie siły między cząstkami cieczy w ich stanie czystym.

Ten rodzaj odchylenia powoduje zatrzymanie każdego składnika w stanie ciekłym przez siły przyciągania większe niż w przypadku substancji w stanie czystym, tak że ciśnienie cząstkowe pary w układzie jest zmniejszone.

Ujemne azeotropy na krzywych prężności pary przedstawiają punkt minimalny i wykazują powinowactwo między dwoma lub więcej składnikami wchodzącymi w skład mieszaniny.

Przykłady

Prawo Raoulta jest powszechnie używane do obliczania ciśnienia roztworu w oparciu o jego siły międzycząsteczkowe, porównując obliczone wartości z wartościami rzeczywistymi, aby stwierdzić, czy występuje odchylenie i czy powinno być dodatnie czy ujemne. Poniżej znajdują się dwa przykłady zastosowań prawa Raoulta:

Mieszanka podstawowa

Poniższa mieszanina, złożona z propanu i butanu, stanowi przybliżenie prężności pary i możemy założyć, że oba składniki znajdują się w niej w równych proporcjach (50-50), w temperaturze 40 ºC:

X _propan = 0,5

Pº _propan = 1352,1 kPa

X _butan = 0,5

Pº _butan = 377,6 kPa

Jest obliczany zgodnie z prawem Raoulta:

_Mieszanina P = (0,5 x 377,6 kPa) + (0,5 x 1352,1 kPa)

Po to aby:

_Mieszanina P = 864,8 kPa

Binarna mieszanina z nielotną substancją rozpuszczoną

Czasami zdarza się, że substancja rozpuszczona w mieszaninie jest nielotna, więc do zrozumienia zachowania prężności pary stosuje się prawo.

Biorąc pod uwagę mieszaninę wody i cukru w ​​proporcjach odpowiednio 95% i 5% oraz w normalnych warunkach temperaturowych:

X _woda = 0,95

Pº _woda = 2,34 kPa

_Cukier X = 0,05

Pº _cukier = 0 kPa

Jest obliczany zgodnie z prawem Raoulta:

_Mieszanina P = (0,95 x 2,34 kPa) + (0,05 x 0 kPa)

Po to aby:

_Mieszanina P = 2,22 kPa

Najwyraźniej nastąpiło obniżenie prężności pary wodnej spowodowane działaniem sił międzycząsteczkowych.

Bibliografia

1. Anne Marie Helmenstine, P. (nd). Definicja prawa Raoulta. Pobrane z thinkco.com
2. ChemGuide. (sf). Prawo Raoulta i nielotne substancje rozpuszczone. Pobrane z chemguide.co.uk
3. LibreTexts. (sf). Prawo Raoulta i idealne mieszaniny cieczy. Pobrane z chem.libretexts.org
4. Neutrium. (sf). Prawo Raoulta. Pobrane z neutrium.net
5. Wikipedia. (sf). Prawo Raoulta. Pobrane z en.wikipedia.org