Konovalovs love

Konovalovs love beskriver de processer, der forekommer i ligevægtssystemer "flydende opløsning - damp" ved forskellige temperaturer, tryk og sammensætninger af komponenter. Disse love ligger til grund for teorien om rektifikation af binære blandinger.

Konovalovs første lov

Konovalovs første lov (1881) beskriver processen med fraktioneret destillation : mættet damp, sammenlignet med en ligevægtsopløsning, beriges med en komponent, hvis tilsætning i systemet øger det totale damptryk .

Overvej fasediagrammet ved konstant tryk for et binært system i sammensætning-temperaturkoordinaterne:

Når den indledende blanding af sammensætning X1 opvarmes, vil kogningen begynde ved punkt a1 . I dette tilfælde svarer sammensætningen af de første portioner af dampen til punktet b 1 . Når denne damp kondenseres, dannes en blanding af sammensætning X2 , hvor andelen af komponent A er højere sammenlignet med den oprindelige blanding. Opvarmning af denne blanding vil føre til dannelsen af et kondensat af sammensætning X 3 og så videre, op til isolering af ren komponent A. Bemærk, at når blandingen af sammensætning X 1 koger, vil væskens sammensætning blive beriget med komponent B henholdsvis den kogende væskes temperatur vil stige, indtil kun komponent B ikke vil være tilbage. Sekventielle destillationer under industrielle forhold kombineres til én automatiseret proces i tilbagesvalings- og destillationskolonner .

Konovalovs anden lov

Konovalovs anden lov (1881) beskriver løsninger med afvigelser fra egenskaberne af ideelle opløsninger og forklarer eksistensen af azeotropiske opløsninger , hvis sammensætning ikke ændres under destillation: ekstrema på kurverne for det totale damptryk svarer til en sådan ligevægt af opløsningen og mættet damp, hvor sammensætningen af begge faser er den samme

Bevis for Konovalovs anden lov

Ifølge Duhem-Margules-ligningen , som beskriver ligevægt i ideelle binære opløsninger af gasser, eller mættet damptryk over en ideel binær væskeopløsning

$(1-x)d\ln p_{1}=-xd\ln p_{2}$ eller $(1-x){\frac {dp_{1}}{p_{1}}}=-x{\frac {dp_{2}}{p_{2}}}$

hvor er molfraktionen af den anden komponent i opløsningen, og er partialtrykket af den første og anden komponent. $x$ $p_{1}$ $p_{2}$

Derfor følger det

$dp_{1}=-{\frac {x}{1-x}}\cdot {\frac {p_{1}}{p_{2}}}dp_{2}$

Ifølge Daltons lov

$p_{2}=yp$

$p_{1}=(1-y)p$

hvor og er molfraktionerne af den første og anden komponent i mættet damp, og er det totale tryk i systemet. Derefter $(1-y)$ $y$ $s$ $dp_{1}=-{\frac {x(1-y)}{(1-x)y}}dp_{2}$

Da det samlede tryk er summen af de partielle, så . Ved at erstatte værdien fra den forrige i dette udtryk får vi ${\displaystyle dp=dp_{1}+dp_{2))$ ${\displaystyle dp_{1))$

$dp=\left(1-{\frac {x(1-y)}{(1-x)y}}\right)dp_{2}$

At dividere begge dele med og udvide parenteserne, det får vi $dx$

${\frac {dp}{dx}}={\frac {(yx)}{(1-x)y}}\cdot {\frac {dp_{2}}{dx}}$

På det yderste altså $dp/dx=0$

${\frac {(yx)}{(1-x)y}}\cdot {\frac {dp_{2}}{dx}}=0$

Da , da med en stigning i koncentrationen af den anden komponent, dens partialtryk også stiger, så kan lighed kun observeres, hvis - når sammensætningen af dampen og opløsningen er den samme, hvilket beviser Konovalovs anden lov. Opløsninger, hvis sammensætning svarer til ekstremumpunktet, koger ved konstant temperatur, og deres sammensætning ændres ikke under destillation. Sådanne opløsninger kaldes "azeotrope opløsninger" eller "azeotroper" . Adskillelse af azeotroper ved fraktioneret destillation er ikke mulig. For at adskille sådanne opløsninger anvendes kemiske metoder, destillation med en tredje komponent eller fraktioneret destillation ved et andet tryk. $dp_{2}/dx>0$ $x=y$

Litteratur

Gerasimov Ya. I. et al. Kursus i fysisk kemi. - M . : Kemi, 1970.
A. G. Morachevsky, N. A. Smirnova, E. M. Piotrovskaya et al. Termodynamik af væske-damp-ligevægt. - L . : Kemi, 1989. - 344 s. - 3020 eksemplarer. — ISBN 5-7245-0363-8 .