Versuch T06b – Siedediagramm einer binären Mischung Zielstellung: Das Siedediagramm eines binären Systems ist zu ermitteln. Grundlagen: Ein Siedediagramm stellt den Zusammenhang zwischen der Siedetemperatur der Mischung und dem Molenbruch einer der Komponenten der Mischung graphisch dar. Beim Erreichen der Siedetemperatur geht die flüssige Mischung in den gasförmigen Zustand über, welches durch Isobare im Diagramm gekennzeichnet wird. Diese Kurven (Siede- und Kondensationskurve) ergeben sich durch Veränderung der Zusammensetzung der Mischung. Die Siedekurve gibt an, bei welcher Temperatur die Mischung bei gegebener Zusammensetzung siedet. Die Kondensationskurve zeigt, welche Zusammensetzung der Dampf bei der erreichten Siedetemperatur hat. Dabei liegt die Siedekurve in dieser Darstellung immer unterhalb der Kondensationskurve. Oberhalb der Kondensationskurve liegt nur Dampf vor, unterhalb der Siedekurve nur Flüssigkeit und zwischen den Kurven liegt ein Gebiet mit zwei koexistierenden Phasen. Die Dampfzusammensetzung über der Flüssigkeit kann nach Raoult und Dalton bestimmt werden. Dabei gilt: pges pA = pA + pB = p∗A · aA pB = p∗B · aB Dalton’sches Gesetz Raoult’sches Gesetz pi .. Partialdruck der Komponente i p∗i .. Partialdruck der reinen Komponente i ai .. Aktivität der Komponente i Wenn das Diagramm einen Punkt aufweist, in dem sich beide Kurven berühren, bedeutet dies, dass die Zusammensetzung des Dampfen über der Flüssigkeit der der Flüssigkeit entspricht. Einen solchen Punkt nennt man azeotropen Punkt. Diese können als Minima oder Maxima auftreten. Während des Experimentes wird dafür gesorgt, dass der Dampfraum der Apparatur klein ist im Verhältnis zur Flüssigkeitsmenge, denn so ändert sich deren Zusammensetzung bis zur Einstellung des Phasengleichgewichts nicht wesentlich. 3. Geräte/Chemikalien: - Gleichgewichtsapparatur nach OTHMER ABBE-Refraktometer Erlenmeyerkolben Pipetten Rundkölbchen - unbekannte Lösungen A und B - Aceton zum Reinigen Durchführung: - Herstellung der sieben Mischungen in den angegebenen Verhältnissen Bestimmung des Brechungsindexes der einzelnen Mischungen mit ABBE-Refraktometer Destillation der Mischung in Gleichgweichtsapparatur nach OTHMER Kreislaufdestillation bis Einstellung des Phasengleichgewichts (ca. 15 Minuten) Ablesen der Gleichgewichtssiedetemperatur Bestimmung des Brechungsindexes des jeweiligen Destillats - Erstellung einer Kalibrierkurve aus Brechungsindex flüssige Phase und Molenbruch der Komponente B - aus der Kalibrierkurve erhält man Zusammensetzung der flüssigen Phase und der Gasphase - graphische Darstellung der Siede- und Kondensationskurve (isobar) Messung: Lösung A Lösung B mL (A) mL (B) x(B) (flüssig) n’ (flüssig) MW (n’) Siedetemp. (◦ C) n” (gas) ⇒ MW (n”) x(B) (gas) x(B) (flüssig) aus Kalibrierkurve 1 60 0 2 50 10 3 40 20 4 30 30 5 20 40 6 10 50 7 0 60 0 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 1 1,3622 1,3623 1,36225 78,5 1,3650 1,3649 1,36495 73,5 1,3653 1,3653 1,36530 0,357 1,3667 1,3667 1,36670 72,0 1,3665 1,3665 1,36650 0,489 1,3680 1,3679 1,36795 71,7 1,3670 1,3671 1,36705 0,550 1,3695 1,3696 1,36955 72,0 1,3680 1,3680 1,36800 0,655 1,3714 1,3712 1,37130 76,2 0 1,3635 1,3635 1,36350 75,5 1,3644 1,3642 1,36430 0,246 0 0,154 0,313 0,505 0,643 0,819 1 1 Auswertung: Bei dem untersuchten Gemisch handelt es sich um eine azeotrope Mischung. Der azeotrope Punkt befindet sich im Siedepunktsminimum bei 71,7◦ C. Bei einer Destillation wäre also die Trennung des Gemisches möglich. Dabei ist die Ausgangszusammensetzung ausschlaggebend, welche Komponente als reiner Stoff gewonnen werden kann. Fehlerbetrachtung: Neben den üblichen Ablesefehlern, welche auf Ungenauigkeiten der endlich detaillierten Skalen zurückzuführen sind (sowohl beim Ablesen des Thermometers als auch am Refraktometer), ist bei der verwendeten Apparatur zu sagen, dass die Zusammensetzung der Flüssigkeit während der Destillation sicher nicht konstant bleibt, sondern einer Änderung unterworfen ist, die bei der Messung aber nicht berücksichtigt wird. Eine weitere Fehlerquelle stellt das ABBE-Refraktometer an sich dar. Bei dem von uns verwendeten Gerät hat sich der entscheidende Schatten nur sehr schwach abgezeichnet. Außerdem war die Änderung der Brechungsindizes so gering, dass man die letzte Stelle nur ungefähr ermitteln konnte, da dafür keine Skaleneinteilung mehr vorhanden war. Bei nur geringer Änderung der gemessenen Werte ändern sich die aus der Kalibrierkurve ermittelten Molenbrüche bereits so bedeutend, dass ein geänderter Kurvenverlauf im Siedediagramm resultiert (ob nun besser oder schlechter sei dahin gestellt).
© Copyright 2024 ExpyDoc
