RAOULTOV ZÁKON: ČO TO JE, POZITÍVNE A NEGATÍVNE ODCHÝLKY - CHÉMIA - 2026

Raoult bol navrhnutý francúzsky chemik Francois-Marie Raoult v roku 1887, a slúži na vysvetlenie správania tlaku pár roztoku dvoma (typicky ideálne) nemiešateľných látok v závislosti na parciálnym tlaku pary každej zložky prítomný v tomto.

Existujú zákony chémie, ktoré sa používajú na opis správania látok za rôznych podmienok a na vysvetlenie javov, v ktorých sú zapojené, pričom sa využívajú vedecky dokázané matematické modely. Raoultov zákon je jedným z nich.

François-Marie Raoult

Pomocou vysvetlenia založeného na interakciách medzi molekulami plynov (alebo kvapalín) na predpovedanie správania tlakov pár sa tento zákon používa na štúdium neideálnych alebo skutočných riešení za predpokladu, že sa vezmú do úvahy koeficienty potrebné na korekciu modelu. matematické a prispôsobte ho ideálnym podmienkam.

Z čoho pozostáva?

Raoultov zákon je založený na predpoklade, že príslušné riešenia sa správajú ideálnym spôsobom: k tomu dochádza preto, že tento zákon je založený na myšlienke, že intermolekulárne sily medzi rôznymi molekulami sú rovnaké ako tie, ktoré existujú medzi podobnými molekulami (ktoré v skutočnosti to nie je také presné).

Čím bližšie sa riešenie priblíži k ideálnosti, tým viac príležitostí bude mať na splnenie charakteristík navrhovaných týmto zákonom.

Tento zákon sa týka tlaku pár v roztoku s neprchavým rozpusteným rozpúšťadlom, pričom sa uvádza, že sa pri tejto teplote bude rovnať tlaku pary čistého rozpusteného roztoku vynásobenému jeho molárnou frakciou. To je vyjadrené matematicky pre jednu zložku takto:

P _i = P ° _i . X _i

V tomto výraze P _i je rovné parciálneho tlaku pár aj zložky v plynnej zmesi, Pº _aj je tlak pary čistej aj zložky, a X _Aj molárny zlomok zložky i vo zmesi.

Rovnakým spôsobom, keď existuje niekoľko zložiek v roztoku a dosiahli rovnovážny stav, celkový tlak pary v roztoku sa môže vypočítať kombináciou Raoultovho zákona s Daltonovým zákonom:

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

Podobne v tých roztokoch, kde je prítomný iba jeden solut a rozpúšťadlo, môže byť zákon formulovaný tak, ako je uvedené nižšie:

P = (1-X _B ) x Pº _A

Pozitívne a negatívne odchýlky

Riešenia, ktoré sa dajú študovať podľa tohto zákona, by sa mali normálne správať ideálnym spôsobom, pretože interakcie medzi ich molekulami sú malé a umožňujú, aby sa v celom roztoku bez výnimky predpokladali rovnaké vlastnosti.

Ideálne riešenia však v skutočnosti prakticky neexistujú, takže do výpočtov, ktoré predstavujú intermolekulárne interakcie, sa musia zahrnúť dva koeficienty. Ide o koeficient fugility a koeficient aktivity.

V tomto zmysle sú odchýlky týkajúce sa Raoultovho zákona definované ako pozitívne alebo negatívne, v závislosti od výsledkov dosiahnutých v tom čase.

Pozitívne odchýlky

K pozitívnym odchýlkam v porovnaní s Raoultovým zákonom dochádza, keď je tlak pary v roztoku väčší ako tlak vypočítaný podľa Raoultovho zákona.

Toto sa stane, keď sú kohézne sily medzi podobnými molekulami väčšie ako rovnaké sily medzi rôznymi molekulami. V tomto prípade sa obe zložky ľahšie odparia.

Táto odchýlka je na krivke tlaku pary videná ako maximálny bod v konkrétnej kompozícii, ktorý tvorí pozitívny azeotrop.

Azeotrop je kvapalná zmes dvoch alebo viacerých chemických zlúčenín, ktorá sa správa, akoby bola vytvorená z jednej zložky a ktorá sa odparuje bez zmeny zloženia.

Záporné odchýlky

K negatívnym odchýlkam v súvislosti s Raoultovým zákonom dochádza, keď je tlak pary zmesi nižší, ako sa očakávalo po výpočte podľa zákona.

Tieto odchýlky sa objavujú, keď sú kohézne sily medzi molekulami zmesi väčšie ako priemerné sily medzi časticami tekutín v ich čistom stave.

Tento typ odchýlky vytvára zadržiavanie každej zložky v tekutom stave príťažlivými silami väčšími ako sila látky v jej čistom stave, takže je znížený parciálny tlak pary v systéme.

Záporné azeotropy v krivkách tlaku pary predstavujú minimálny bod a preukazujú afinitu medzi dvoma alebo viacerými zložkami obsiahnutými v zmesi.

Príklady

Raoultov zákon sa bežne používa na výpočet tlaku riešenia na základe jeho medzimolekulových síl, porovnaním vypočítaných hodnôt so skutočnými hodnotami, aby sa dospelo k záveru, či existuje nejaká odchýlka a či by mala byť pozitívna alebo negatívna. Nižšie sú uvedené dva príklady použitia Raoultovho zákona:

Základný mix

Nasledujúca zmes pozostávajúca z propánu a butánu predstavuje približnú hodnotu tlaku pary a môžeme predpokladať, že obe zložky sa v ňom nachádzajú v rovnakých pomeroch (50 - 50) pri teplote 40 ° C:

X _propán = 0,5

Pº _propán = 1352,1 kPa

X _bután = 0,5

P _bután = 377,6 kPa

Počíta sa podľa Raoultovho zákona:

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

Takže:

_Zmes P = 864,8 kPa

Binárna zmes s neprchavou rozpustenou látkou

Niekedy sa stáva, že rozpustená látka v zmesi je neprchavá, takže zákon sa používa na pochopenie správania tlaku pary.

Vzhľadom na zmes vody a cukru v pomere 95%, respektíve 5%, a za normálnych teplotných podmienok:

X _voda = 0,95

Pº _voda = 2,34 kPa

X _cukor = 0,05

Pº _cukor = 0 kPa

Počíta sa podľa Raoultovho zákona:

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

Takže:

_Zmes P = 2,22 kPa

Je zrejmé, že v dôsledku medzimolekulových síl došlo k zníženiu tlaku pary vody.

Referencie

1. Anne Marie Helmenstine, P. (nd). Raoultov zákon Definícia. Našiel sa z thinkco.com
2. ChemGuide. (SF). Raoultov zákon a neprchavé rozpúšťadlá. Zdroj: chemguide.co.uk
3. LibreTexts. (SF). Raoultov zákon a ideálne zmesi tekutín. Zdroj: chem.libretexts.org
4. Neutrium. (SF). Raoultov zákon. Zdroj: neutrium.net
5. Wikipedia. (SF). Raoultov zákon. Zdroj: en.wikipedia.org