Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Закон Рауля — фундаментальный закон физической химии, связывающий давление паров компонента над раствором с его мольной долей в жидкой фазе. Этот закон лежит в основе расчёта процессов дистилляции и ректификации, построения фазовых диаграмм равновесия жидкость–пар и проектирования ректификационных колонн.
Закон Рауля был сформулирован французским химиком Франсуа-Мари Раулем (1830–1901) в 1887 году на основе экспериментальных данных по давлению паров растворов. Закон утверждает: парциальное давление паров каждого компонента идеального раствора равно давлению паров чистого компонента, умноженному на его мольную долю в растворе.
pi = xi · pi°
где: pi — парциальное давление паров компонента i над раствором; xi — мольная доля компонента i в жидкой фазе; pi° — давление насыщенных паров чистого компонента i при данной температуре.
Для бинарного раствора двух летучих компонентов A и B общее давление паров определяется по закону Дальтона как сумма парциальных давлений:
P = xA · pA° + xB · pB°
Поскольку xA + xB = 1, зависимость общего давления от состава — прямая линия между pA° и pB°.
Закон Рауля точно выполняется для идеальных растворов — смесей, в которых межмолекулярные взаимодействия между разными компонентами равны взаимодействиям в чистых жидкостях. Классический пример идеального раствора — смесь бензола и толуола: оба вещества неполярны и структурно подобны.
Для реальных растворов закон Рауля является предельным: он всё точнее описывает поведение компонента по мере приближения его мольной доли к единице. В разбавленных растворах для растворителя закон работает хорошо, а поведение растворённого вещества при малых концентрациях описывается законом Генри (pi = KH · xi, где KH — константа Генри, отличная от pi°).
При достаточно сильных отклонениях от закона Рауля образуются азеотропы — смеси, кипящие при постоянной температуре без изменения состава. Простая ректификация не позволяет разделить азеотропную смесь полностью. Классический пример — система этанол–вода: азеотроп при 95,6 % этанола по массе с температурой кипения 78,2 °C (при 1 атм).
Для преодоления азеотропа применяют: адсорбцию на молекулярных ситах, азеотропную дистилляцию с добавлением третьего компонента или дистилляцию при изменённом давлении (поскольку состав азеотропа зависит от давления).
Закон Рауля — теоретическая основа процессов дистилляции и ректификации. Из формулы следует, что пар всегда обогащён более летучим компонентом по сравнению с жидкостью. Мольная доля компонента i в паровой фазе определяется как:
yi = xi · pi° / P
Это соотношение позволяет построить диаграмму y–x (состав пара — состав жидкости), которая является основой графического метода расчёта ректификационных колонн по МакКейбу–Тиле.
На диаграмме y–x для идеального раствора кривая равновесия проходит выше диагонали (для более летучего компонента). Число ступеней между рабочей линией и кривой равновесия определяет количество теоретических тарелок ректификационной колонны. Чем ближе кривая к диагонали, тем труднее разделение и тем больше тарелок требуется. Для системы этанол–вода при атмосферном давлении кривая y–x пересекает диагональ в точке азеотропа, что наглядно показывает предел разделения.
Закон Рауля pi = xi · pi° — основа расчёта равновесия жидкость–пар и проектирования ректификационных колонн. Понимание отклонений от закона объясняет образование азеотропов и помогает выбрать метод разделения. Построение диаграмм y–x на базе закона Рауля и метод МакКейба–Тиле остаются стандартными инструментами инженера-химика при расчёте дистилляционного оборудования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.