RAOULTŮV ZÁKON: CO TO JE, POZITIVNÍ A NEGATIVNÍ ODCHYLKY - CHEMIE - 2025

Raoult byl navržený francouzský chemik Francois-Marie Raoult v roce 1887, a slouží k vysvětlení chování tlaku par roztoku dvěma (typicky ideální) nemísitelných látek v závislosti na parciálním tlaku páry každé složky přítomen v tomto.

Existují zákony chemie, které se používají k popisu chování látek za různých podmínek a vysvětlují jevy, kterých se týkají, za použití vědecky ověřených matematických modelů. Raoultův zákon je jedním z nich.

François-Marie Raoult

Pomocí vysvětlení založeného na interakcích mezi molekulami plynů (nebo kapalin) k predikci chování tlaků par se tento zákon používá ke studiu neideálních nebo reálných řešení za předpokladu, že jsou zohledněny koeficienty potřebné k opravě modelu. matematické a přizpůsobit ho pro ideální podmínky.

Z čeho se skládá?

Raoultův zákon je založen na předpokladu, že zahrnutá řešení se chovají ideálním způsobem: k tomu dochází, protože tento zákon je založen na myšlence, že intermolekulární síly mezi různými molekulami jsou stejné jako ty, které existují mezi podobnými molekulami (které ve skutečnosti není tak přesný).

Čím blíže se řešení přiblíží k ideálnosti, tím více příležitostí bude muset splňovat charakteristiky navržené tímto zákonem.

Tento zákon se týká tlaku par v roztoku s netěkavým rozpuštěným solutem, přičemž uvádí, že se při této teplotě bude rovnat tlaku par čistého rozpuštěného roztoku vynásobenému jeho molárním podílem. To je vyjádřeno matematicky pro jednu složku takto:

P _i = P ° _i. X _i

V tomto výrazu P _i je rovno parciálního tlaku par i složky v plynné směsi, Pº _i je tlak par čisté i složky, a X _I je molární zlomek složky i ve směsi.

Stejným způsobem, pokud je v roztoku několik složek a dosáhly stavu rovnováhy, lze celkový tlak par v roztoku vypočítat kombinací Raoultova zákona s Daltonovým zákonem:

P = P ° _A X _A + Pº _B X _B + Pº _C X _c …

Podobně v těch řešeních, kde je přítomen pouze jeden solut a rozpouštědlo, může být zákon formulován tak, jak je uvedeno níže:

P _A = (1-X _B) x P ° _A

Pozitivní a negativní odchylky

Řešení, která lze studovat tímto zákonem, by se za normálních okolností měly chovat ideálně, protože interakce mezi jejich molekulami jsou malé a umožňují, aby se v celém řešení bez výjimky předpokládaly stejné vlastnosti.

Ideální řešení však ve skutečnosti prakticky neexistují, takže do výpočtů, které představují intermolekulární interakce, musí být zahrnuty dva koeficienty. Jedná se o koeficient fugacity a koeficient aktivity.

V tomto smyslu jsou odchylky od Raoultova zákona definovány jako kladné nebo záporné, v závislosti na dosažených výsledcích.

Pozitivní odchylky

Pozitivní odchylky v porovnání s Raoultovým zákonem nastávají, když je tlak par v roztoku větší než tlak vypočtený podle Raoultova zákona.

K tomu dochází, když jsou kohezní síly mezi podobnými molekulami větší než stejné síly mezi různými molekulami. V tomto případě se obě složky snadněji odpařují.

Tato odchylka je vidět na křivce tlaku par jako maximální bod v konkrétní kompozici, tvořící pozitivní azeotrop.

Azeotrop je kapalná směs dvou nebo více chemických sloučenin, která se chová, jako by byla vytvořena z jediné složky a která se odpařuje beze změny svého složení.

Záporné odchylky

Záporné odchylky s ohledem na Raoultův zákon nastávají, když je tlak par ve směsi nižší, než se očekávalo po výpočtu se zákonem.

Tyto odchylky se objevují, když jsou kohezní síly mezi molekulami směsi větší než průměrné síly mezi částicemi kapalin v jejich čistém stavu.

Tento typ odchylky vytváří retenci každé složky v jejím kapalném stavu přitažlivými silami většími než síly látky v jejím čistém stavu, takže je snížen parciální tlak páry v systému.

Záporné azeotropy v křivkách tlaku par představují minimální bod a prokazují afinitu mezi dvěma nebo více složkami obsaženými ve směsi.

Příklady

Raoultův zákon se běžně používá pro výpočet tlaku řešení na základě jeho mezimolekulárních sil, porovnáním vypočtených hodnot se skutečnými hodnotami, aby se dospělo k závěru, zda existuje nějaká odchylka a zda by měla být kladná nebo záporná. Níže jsou uvedeny dva příklady použití Raoultova zákona:

Základní mix

Následující směs, tvořená propanem a butanem, představuje přibližnou hodnotu tlaku par a můžeme předpokládat, že obě složky se v něm nacházejí ve stejných poměrech (50–50) při teplotě 40 ° C:

X _propan = 0,5

Pº _propan = 1352,1 kPa

X _butan = 0,5

P _butan = 377,6 kPa

Vypočítává se Raoultovým zákonem:

P _směs = (0,5 x 377,6 kPa) + (0,5 x 1352,1 kPa)

Aby:

P _směs = 864,8 kPa

Binární směs s netěkavou látkou

Někdy se stává, že rozpuštěná látka ve směsi je energeticky nezávislá, takže zákon je používán k pochopení chování tlaku par.

Při směsi vody a cukru v poměru 95% a 5%, a za normálních teplotních podmínek:

X _voda = 0,95

Pº _voda = 2,34 kPa

X _cukr = 0,05

Pº _cukr = 0 kPa

Vypočítává se Raoultovým zákonem:

P _směs = (0,95 x 2,34 kPa) + (0,05 x 0 kPa)

Aby:

P _směs = 2,22 kPa

Je zřejmé, že v důsledku mezimolekulárních sil došlo k poklesu tlaku par ve vodě.

Reference

1. Anne Marie Helmenstine, P. (nd). Raoultova definice práva. Citováno z thinkco.com
2. ChemGuide. (sf). Raoultův zákon a netěkavé soluty. Citováno z chemguide.co.uk
3. LibreTexts. (sf). Raoultův zákon a ideální směsi tekutin. Citováno z Chem.libretexts.org
4. Neutrium. (sf). Raoultův zákon. Citováno z neutrium.net
5. Wikipedia. (sf). Raoultův zákon. Citováno z en.wikipedia.org