Равновесие «жидкость - пар» для практически несмешивающихся жидкостей

В гетерогенных системах, состоящих из нерастворимых друг в друге жидкостей, компоненты испаряются независимо. Поэтому в образующемся насыщенном паре, который находится в равновесии с двухслойной жидкой системой, парциальные давления каждого из компонентов не зависят от соотношения этих компонентов, а будут равны давлению насыщенного пара этих компонентов в чистом виде.

Общее давление (Сравните парциальное и общее давление для неограниченно смешивающихся жидкостей).

Из этого уравнения видно, что общее давление выше давления пара каждого из компонентов в отдельности.

Жидкость закипает при той температуре, при которой давление ее насыщенного пара равно внешнему. Следовательно, давление над такой смесью достигает внешнего при более низкой температуре, чем каждый компонент в отдельности, а значит, температура кипения смеси будет ниже температуры кипения каждой жидкости в отдельности при том же внешнем давлении (рис. 14).

Состав насыщенного пара не зависит от соотношения слоев и может быть рассчитан:

Рисунок 14 - Определение температуры кипения системы из несмешивающихся жидкостей.

Рассмотренные особенности гетерогенных жидких систем широко используются на практике. Так, для очистки и выделения многих органических веществ, нерастворимых в воде, их перегоняют с водяным паром. Для этого сосуд с очищаемым веществом нагревают на водяной бане и пропускают водяной пар. Образующаяся гетерогенная смесь кипит при температуре < 100 °С. В дистилляте образуется два слоя: вода и органическое вещество. Перегонку с водяным паром используют для перегонки при более низкой температуре высококипящих веществ и веществ, разлагающихся при температуре их кипения.

Используя уравнения 1 - 5 можно рассчитать так называемый расходный коэффициент пара (g) , т.е. расход водяного пара на единицу массы отгоняемого вещества.

, откуда (3.30)

где m_A, m_B - масса А и В (A – вода, В – отгоняемое вещество);

М_А, М_В - молярная масса А и В.

Из уравнения (3.30) следует, что расход водяного пара тем меньше, чем больше молярная масса и давление отгоняемого вещества.