Составит отчет о работе; ответить на контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. 
   Дать определение понятиям «фаза», «компоненты сплава» и «степень свободы системы».
   
2. 
   Изложить состав установки.
   
3. 
   Изложить правило фаз.
   
4. 
   Изложить порядок построения диаграмм состояния методом термического анализа.
   

Задание по работе
1 Изучить установку для исследования процесса кристаллизации сплава термическим методом и зарисовать ее схему.
2 Исследовать процесс кристаллизации заданного преподавателем сплава, внести данные по изменению температуры во времени в таблицу, построить кривую охлаждения (с применением правила Гиббса и пояснением фазовых превращений).
3 После сведения результатов в таблицу по каждому исследованному сплаву построить диаграмму состояния изучаемой системы.
4 Определить с помощью правила отрезков фазы и их содержание для заданной преподавателем температуры сплава.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Криоскопия. Изучение криоскопических и эбулоскопических свойств растворов.
Раствором называется система, образованная не менее чем двумя компонентами, и способная в известных пределах к непрерывному изменению состава. Состав раствора или его концентрацию чаще всего выражают:

• 
  в молях растворенного вещества на один литр раствора (молярная концентрация, С);
  
• 
  в молях растворенного вещества на 1000 г растворителя (моляльная концентрация, m);
  
• 
  в молярных долях, (Х);
  
• 
  в весовых процентах (w).
  

Наиболее простым закономерностям подчиняются идеальные растворы, образуемые веществами, сходными по химическому составу и физическим свойствам. Образование идеального раствора при любом соотношении компонентов не сопровождается сжатием или расширением (V = 0) а также выделением или поглощением теплоты (Н = 0). Отклонения от идеальности вызываются химическими (ассоциация, диссоциация, сольватация и т.п.) и физическими (влияние различия молекулярных объемов и сил взаимодействия молекул) эффектами. Свойствами идеального раствора не обладает ни один реальный раствор, за исключением растворов оптически активных изомеров и смесей, состоящих из компонентов, различающихся по изотопному составу, однако, очень многие растворы практически ведут себя как идеальные. Это, прежде всего, бесконечно разбавленные растворы, т.е. такие, в которых содержание растворенного вещества очень мало по сравнению с содержанием растворителя.
При равновесии между жидкостью и паром число испаряющихся молекул в единицу времени равно числу конденсирующихся. Если в летучей жидкости растворить небольшое количество какого-либо нелетучего вещества, то концентрация растворителя понизится, в соответствии с этим понизится и число испаряющихся молекул, т.е. давление насыщенного пара. Оно пропорционально содержанию растворителя в растворе, которое обычно выражают в виде молярной доли (Х₀) в бинарном растворе:
,  ,   (I),
где  и  - молярные доли растворителя и растворенного вещества;
и  - числа молей растворителя и растворенного вещества.
Тогда Р = const х_0. Коэффициент пропорциональности определяется из начального условия: если х₀ =1, то Р⁰ = const, т.е. постоянная равна давлению чистого компонента.
Давление насыщенного пара¹ растворителя над раствором равно давлению Р⁰ пара над чистым растворителем, умноженному на его молярную долю в растворе:
Р = Р^{0 .} х₀ = Р^{0 .} (1 – Х) (II, 1)
Решив уравнение относительно х, получим:
(II, 2)
Это уравнение, установленное Раулем эмпирическим путем, показывает, что при постоянной температуре относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества.
Соотношения между давлением насыщенного пара и температурой для растворителя и растворов различной концентрации представлены на рис.1.

Кривая ОА, характеризующая равновесие чистой жидкости с ее насыщенным паром, начинается в точке замерзания жидкости (Т₀).
Ниже этой температуры жидкость не существует, и пар находится в равновесии с твердой фазой. Кривая FO дает зависимость давления насыщенного пара над твердой фазой от температуры
Математически кривые ОА и FO для равновесий жидкостьгаз (а) и кристаллгаз (б) выражаются уравнением Клаузиуса - Клапейрона:
(III),
или для уравнений (а) и (б) соответственно:
(III, а) и   (III, б)
Кривая FO (кривая возгонки) всегда идет круче, чем кривая ОА равновесия (а), т.к. теплота возгонки больше теплоты испарения.
Точка замерзания жидкости характеризуется равновесным сосуществованием жидкой, кристаллической и газовой фаз. При этом химические потенциалы во всех трех фазах должны быть равны, и, следовательно, должны быть равны и давления насыщенного пара над жидкой и кристаллическими фазами (т.е. точка замерзания должна лежать на пересечении кривых ОА и FO).
При замерзании разбавленного раствора из него выкристаллизовывается чистый растворитель (исключение составляют твердые растворы). Поэтому в точке замерзания давление пара над раствором должно равняться давлению пара над кристаллическим растворителем. При температуре замерзания чистого растворителя Т₀ давление пара над раствором Р (точка В) ниже, чем над твердым растворителем Р⁰ (точка О), и равновесия между твердой фазой (льдом) и раствором нет. Равновесие может быть достигнуто лишь при более низкой температуре (Т₁), а именно: в точке пересечения кривых ВС и FO (точка В). Чем выше концентрация растворенного вещества (кривая DE), тем ниже температура замерзания раствора (Т₂).
По мере выделения из раствора кристаллов растворителя концентрация растворенного вещества в растворе повышается, а температура замерзания раствора все больше понижается.