8.5.Несмешивающиеся жидкости. Перегонка с паром.

В системе несмешивающихся жидкостей каждая из них имеет свое собственное давление пара, независящее от давления пара другой. Давление насыщенного пара смеси равно сумме давлений насыщенных паров чистых компонентов. Для смеси А и В:

Р_общ=р⁰_A + р⁰_B

Когда общее давление пара становится равным внешнему давлению, смесь закипает; при T_кип:

р⁰_A + р⁰_B = Р_внш

Рис. 8.14. Кривая в координатах Р - Т для двух несмешивающихся жидкостей:
1 - смесь; 2 - вода; 3 - анилин

На рис. 8.14 приведена кривая ДНП - температура для смеси анилина и воды, перегоняющейся при 98°С и 1 атм. Нагревание анилина при атмосферном давлении сопровождается частичным разложением его до достижения температуры кипения, равной 190°С. Преимущество перегонки с паром состоит в том, что анилин перегоняется при более низкой температуре без разложения.

Рис. 8.15. Схема прибора для перегонки с паром:
1 - пар; 2 - смесь; 3 - дистиллят воды и компонента, отгоняемого с паром

На рис. 8.15 показана схема прибора для такой перегонки. Отношение количеств двух жидкостей в дистилляте равно отношению давлений их паров. Если р_ан и р_H2O - давление насыщенных паров анилина и воды (р_ан = 3,99•10³ и р_H2O = 9,70•10⁴Нм^-2 при 98°С, а n_ан и n_H2O - числа моль анилина и воды в объеме V газообразного дистиллята, то:

р_анV = n_анRT; р_H2OV = n_H2ORT;
(n_ан):(n_H2O) = (p_ан):(p_H2O) = (3,99•10³):(9,70•10³) = 4,11•10^-2

Если m_ан, m_H2O, М_ан и М_H2O - массы и молекулярные массы анилина и воды (M_ан = 93; М_ан = 18 г-моль '), то:

(m_ан/М_ан):(m_H2O/M_H2O) = 4,11•10^-2; (m_ан):(m_H2O) = 4,11•10^-2•93/18 = 0,212.

Отношение масс анилина и воды в дистилляте равно 0,212, что соответствует массовому содержанию анилина 17,5 %.

П р и м е р. Органическая жидкость, несмешивающаяся с водой, отгоняется с паром при 95°С под давлением 1,01•10⁵ Нм^-2. Давление пара воды при 95°С равно 8,50•10⁵ Нм^-2. Дистиллят содержит 62 % (масс.) органической жидкости. Найдите молекулярйую массу ее.

Р е ш е н и е. Пусть М - молекулярная масса органического вещества; n_x и n_H2O - числа моль этого вещества и воды, p_x и p_H2O - их давления паров. Тогда:

(n_x):(n_H2O) = (62,0/M):(38,0/18) = ((1,01•10⁵)-(8,5•10⁴)):(8,50•10⁴) = 0,188
M = 156 г*моль^-1.