Законът на Раул: какво е това, положителни и отрицателни отклонения

Законът на Раулт е предложен от френския химик Франсоа-Мари Раулт през 1887 г. и служи за обяснение на поведението на парното налягане на разтвор на две смесими вещества (типично идеални) в зависимост от парциалното налягане на парите на всеки компонент. присъства в това.

Има закони на химията, които се използват за описване на поведението на веществата в различни условия и обясняват явленията, в които те участват, използвайки научно доказани математически модели. Законът на Раул е един от тях.

Използвайки обяснение, основаващо се на взаимодействията между молекулите на газовете (или течностите), за да предскаже поведението на наляганията на парите, този закон се използва за изследване на неидеални или реални решения, при условие че се вземат предвид необходимите коефициенти за коригиране на модела математически и да го приспособи към неидеални условия.

От какво се състои?

Законът на Раул се основава на предположението, че съответните решения се държат идеално: това се случва, защото този закон се основава на идеята, че междумолекулните сили между различните молекули са същите като тези между подобни молекули (които в действителност тя не е толкова успешна).

Всъщност, колкото по-близко е решението за идеалността, толкова по-голяма ще е възможността тя да отговаря на предложените от закона характеристики.

Този закон свързва налягането на парите на разтвора с нелетливо разтворено вещество, заявявайки, че той ще бъде равен на парното налягане на това чисто вещество при тази температура, умножено по моларната му фракция. Това се изразява в математически термини за един компонент по следния начин:

P i = Pº i . X i

В този израз P i е равен на парното налягане на парите на компонента i в газовата смес, Pº i е парното налягане на чистата компонента i, а X i е молната част на компонента i в сместа.

По същия начин, когато имате няколко компонента в разтвор и те са достигнали състояние на равновесие, можете да изчислите общото налягане на парите на разтвора чрез комбиниране на закона на Раул с Далтон:

P = Pº A X A + Pº B X B + Pº C X ...

Също така, в тези разтвори, където присъстват само едно разтворено вещество и разтворител, законът може да бъде формулиран, както е показано по-долу:

P A = (1-X B ) x Pº A

Положителни и отрицателни отклонения

Разтворите, които могат да бъдат изследвани с този закон, обикновено трябва да се държат идеално, тъй като взаимодействията между техните молекули са малки и позволяват да се приемат същите свойства в цялото решение без изключение.

Въпреки това идеалните решения на практика не съществуват, така че в изчисленията, които представляват междумолекулни взаимодействия, трябва да се включат два коефициента. Това са коефициентът на фугисност и коефициентът на активност.

В този смисъл отклоненията по отношение на закона на Раул се определят като положителни или отрицателни, в зависимост от резултатите, получени по това време.

Положителни отклонения

Положителни отклонения от закона на Раулт възникват, когато налягането на парите на разтвора е по-голямо от изчисленото по закона на Раул.

Това се случва, когато кохезионните сили между подобни молекули са по-големи от същите сили между различните молекули. В този случай и двата компонента се изпаряват по-лесно.

Това отклонение се вижда в кривата на налягането на парите като пик в конкретен състав, образувайки положителен азеотроп.

Азеотропът е течна смес от две или повече химични съединения, които се държат като образувани от един компонент и които се изпаряват без промяна на състава.

Отрицателни отклонения

Отрицателните отклонения от закона на Раулт възникват, когато налягането на парите на сместа е по-ниско от очакваното след изчислението със закона.

Тези отклонения се появяват, когато кохезионните сили между молекулите на сместа са по-големи от средните сили между частиците на течностите в тяхното чисто състояние.

Този вид отклонение генерира задържане на всеки компонент в неговото течно състояние чрез атрактивни сили, по-големи от тези на веществото в неговото чисто състояние, така че парциалното налягане на парите на системата се намалява.

Отрицателните азеотропи в кривите на налягането на парите представляват минимална точка и показват афинитет между двете или повече компоненти, включени в сместа.

Примери

Законът на Раулт обикновено се използва за изчисляване на налягането на решение, основаващо се на неговите междумолекулни сили, сравнявайки изчислените стойности с реалните стойности, за да заключим дали има някакво отклонение и дали това трябва да бъде положително или отрицателно. По-долу са дадени два примера за използване на закона на Раул:

Основна смес

Следната смес, състояща се от пропан и бутан, представлява приближение на налягането на парите и можем да приемем, че и двата компонента са в равни пропорции в него (50-50), при температура 40 ° C:

X пропан = 0.5

Пропан P = 1352.1 kPa

X Бутан = 0.5

Бутано = 377, 6 kPa

Изчислява се по закона на Раул:

P смес = (0.5 х 377.6 kPa) + (0.5 х 1352.1 kPa)

Така че:

P смес = 864.8 kPa

Бинарна смес с нелетливо разтворимо вещество

Понякога се случва, че разтвореното вещество от сместа е нелетливо, така че законът се използва за разбиране на поведението на налягането на парите.

Като се има предвид смес от вода и захар съответно от 95% и 5% и при нормални температурни условия:

X вода = 0.95

вода = 2.34 kPa

X захар = 0.05

захар = 0 kPa

Изчислява се по закона на Раул:

P смес = (0.95 x 2.34 kPa) + (0.05 х 0 kPa)

Така че:

P смес = 2.22 kPa

Очевидно е налице понижаване на налягането на водните пари чрез въздействие на междумолекулните сили.