Versuch: Siedediagramm

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1 Versuch: Siedediara Das Verhaten vn Füssikeitseischen bei Destiieren ässt sich anhand vn Kurven übersehen, die entweder bei knstanter eperatur den Dapfdruck der Mischun in bhänikeit der Knzentratin, der bei knstante Druck den Zusaenhan zwischen Siedeteperatur und Zusaensetzun aneben. etrachtet an eine Mischun aus zwei Füssikeiten, die it ihre Dapf i Geichewicht steht, sind, wie die Erfahrun zeit, vn anz bestiten ausezeichneten Mischunsverhätnissen abesehen, die Menbrüche beider Substanzen in der füssien Phase und in der Gasphase verschieden. herie I Geichewichtszustand einer binären Mischun ist das cheische Ptentia für jede der beiden Kpnenten und in der füssien Phase und in der Gasphase eich: b µ µ ; µ µ (1) ei einer ideaen Mischun it für jedes der cheischen Ptentiae der Kpnente : µ µ + R n und µ µ + Rn (2) it µ H S H µ ˆ S ˆ ˆ Standardptentia der Kpnente are Enthapie der Kpnente bezen auf die Standardteperatur und den Standarddruck are Entrpie der Kpnente bezen auf die Standardteperatur und den Standarddruck us (1), (2) und (3) ft n H H S S (4) R R Die Enthapiedifferenz bedeutet die are Verdapfunsenthapie H der Knente. Wendet an (4) auf die reine Kpnente bei ihrer Siedeteperatur an, s ft 1

2 H R S R S (5) (5) in (4) eribt n H R H R H R (6) ˆ Siedeteperatur der Mischun (6) et für jeden Wert vn nur das Verhätnis vn und fest. Für den Menbruch der Kpnente it 1 und 1 (7) na zu (6) erhät an 1 n 1 H R (8) H ˆ are Verdapfunsenthapie der Kpnente ˆ Siedeteperatur der Kpnente b Mit (6) und (8) assen sich die Wertepaare berechnen. H und, und, für jede eperatur H assen sich it der ROUONschen Ree abschätzen. ei der Diskussin vn Siedekurven (eperatur as Funktin v Menbruch ) unterscheidet an prinzipie drei Fäe (bb.1): 2

3 bb.1 Siedekurven vn binären Systeen. a. Die Siedeteperaturen aer Geische ieen zwischen den Siedeteperaturen der reinen Kpnenten (Kurven 0 und 1). b. Es eistieren Geische it höherer Siedeteperatur as der der beiden Kpnenten (Kurve 2). c. Es eistieren Geische it niedrierer Siedeteperatur as der der beiden Kpnenten (Kurve 3). Das bweichen vn der Ideakurve wird durch interekuare Wechsewirkun edeutet. Ist die Mischunsenthapie psitiv, s finden wir ein Miniu, ist sie neativ, finden wir ein Maiu i Siedediara. bb.2 zeit die entsprechenden Siedediarae. In ihnen sind außer den Siedekurven estrichet die Kndensatinskurven einezeichnet. a) z.. Sauerstff/Stickstff, b) z.. Prpann/richrethan, Ethan/etrachrethan, c) z.. Ethan/etrachrethan 3

4 Kndensatinskurve Siedekurve a) X 1 1 Y Z p cnst. p cnst. b) c) bb.2 Siedediarae vn binären Systeen Die Siedekurve ibt für die jeweiie Siedeteperatur der Mischun die zuehörie Zusaensetzun der füssien Phase, die Kndensatinskurve die entsprechende Zusaensetzun der Dapfphase an. Nach bb. 2a entweicht z.. aus einer Mischun der Substanzen und i füssien Zustand der Zusaensetzun X ein Dapf der Zusaensetzun Y. Wenn dieser Dapf kndensiert und erneut bis zu Sieden erhitzt wird, dann hat der daraus entstehende Dapf die Zusaensetzun Z. Man erhät jeweis durch die Kndensatin des Dapfes eine Füssikeit, in der die füchtiere Kpnente anereichert ist. Dieser Vran kann s ane wiederht werden, bis das Destiat nahezu aus reine besteht. In Systeen, deren Siedediarae jeweis ein Etreu zeien (bb. 2b, 2c), haben bei a bzw. in die Dapf- und Füssikeitsphase diesebe Zusaensetzun. Diese Geische bezeichnet an as azetrp. Eine vständie rennun in die beiden reinen Kpnenten ist durch Destiieren nicht öich. Dies eräutert bb. 3. Siedet die Füssikeit der Zusaensetzun X, s erhät an Dapf der Zusaensetzun Y. Kndensiert an diesen Dapf und verdapft an das Kndensat, s hat die Gasphase die Zusaensetzun Z. Durch wiederhtes Verdapfen und Kndensieren eant an zur azetrpen Mischun, die durch das Siedeteperaturiniu ekennzeichnet ist. 4

5 X Y Z 1 1 bb.3 Siedediara it eine Siedeteperaturiniu (zetrp) Das wiederhte Verdapfen und Kndensieren des Destiats erreicht an a einfachsten und in eine kntinuierichen Przess durch Verwendun vn Destiieraufsätzen (Knnen), bei denen eine ehrfache Fe vn Erweiterunen und Verenunen der Füun it Gasperen der Raschirinen die ewünschte Wirkun brint. ei ihrer Verwendun kann an beiebie Geische zereen, und zwar i Fa a) bei beiebi häufier Wiederhun vständi; in der Prais wird an stets nch Spuren der anderen Kpnenten finden. Nach bb. 2a kann an die zu de anaytisch efundenen Mischunsverhätnis nötie nzah vn Destiatinen und Kndensatinen eritten; an nennt dies die Zah der theretischen öden der Destiierknne. Sie eröicht einen Vereich der rennüte vn Knnen verschiedener auart. 5

6 ufabe ufnahe und Diskussin eines Siedediaras unter isbaren Versuchsbedinunen vn eine binären Syste. erechnun des Siedediaras der ideaen Mischun aus den Siedeteperaturen und Verdapfunsenthapien der reinen Kpnenten. Versuchsvrbereitun Grundaen - che. Ptentia ideaer und reaer Gase - ROULsches - und HENRYsches Gesetz - Keistenzbedinunen in binären Mehrphasensysteen - GIS-DUHEM-Geichun - DUHEM-MRGULESsche Geichun Dapfdruckdiarae - Zusaenhan zwischen den Partiadruckkurven - Verhaten der Dapfdruckkurven für i 1 - Eräutern Sie die eriffe: Siedekurve, Kndensatinskurve, Knnde - edinunen für die Eistenz eines azetrpen Geisches Dapfdruckdiarae binärer Systee it Mischunsücke - Wasserdapfdestiatin Siedediarae - erechnun vn Kndensatins- und Siedekurven - fraktinierte Destiatin Eperientees - ufbau der pparatur - rechun des Lichts - bbe-refrakteter 6

7 Versuchsdurchführun Messethde Die Messunen werden it einer pparatur nach SWIEOSLWSKI (s. bbidun) auseführt. Das Siedeefäß G wird it unefähr 15 c 3 Füssikeit efüt. Das Siedeköbchen wird auf eine Drahtnetz it eine Mikrbrenner erhitzt. Zur Vereidun zu starken bkühens wird das Rhr R it u-fie uwicket. Die eperatur wird auf 0,5 K enau abeesen. Der Küher ist drehbar anerdnet, s dass an eina unter Rückfuss die Siedeteperatur des Geisches feststeen, der bei absteiende Küher eine keine Mene abdestiieren kann, u aus der nayse des Kndensats die Zusaensetzun des Dapfes zu bestien. 7

8 usführun der Messunen Zuerst werden in der aneebenen Weise die Siedeteperaturen der reinen Kpnenten bestit und der areterstand ntiert. Die rechunsindices der reinen Kpnenten werden it eine Refrakteter eessen. Man stet vn indestens 8 unterschiedichen Mischunen der beiden Kpnenten jeweis 20 c 3 her (inde an die entsprechenden Vuina aus den üretten abisst) und bestit den rechunsinde jeder Mischun. Dann erittet an die Siedeteperaturen der Mischunen. Diese trät an in bhänikeit vn der Zusaensetzun raphisch auf. bszisse: V.%, Ordinate: Siedeteperaturen. Man erhät die isbaren Siedeteperaturkurven. Nach der estiun der Siedeteperatur dreht an jedesa den Küher und destiiert 2 c 3 in ein keines Wäeas und erittet den rechunsinde. Mithife der vrher aufenenen Kurve der rechunsindices der einzenen Prben ässt sich nun die Zusaensetzun der destiierten Prben eritten. e refraktetrischen Messunen sind bei knstanter eperatur auszuführen. Zusätzich trät an in die Siedeteperaturkurven die Zusaensetzun des Dapfes bei der betreffenden Siedeteperatur ein und bekt s zwei Kurven, die über das Verhaten der Mischun bei Destiieren ufschuss eben. 8

9 Literatur P. W. KINS Physikaische Cheie Vera Cheie, Weinhei 1996 G. KORÜM Einführun in die cheische herdynaik Vera Cheie, Weinhei 1982 G. WEDLER Lehrbuch der Physikaischen Cheie Vera Cheie, Weinhei 1997 R. ECKER herie der Wäre Spriner-Vera, erin 1985 H.-D. FÖRSERLING, H. KUHN Prais der Physikaischen Cheie Vera Cheie, Weinhei 1991, P. PUFLER Phasendiarae Viewe, raunschwei, Wiesbaden

10 Für diesen Versuch werden Cheikaien it fenden R-und S-Sätzen auseeben. R 11 R 23/25 R 36/37 Leichtentzündich Gifti bei Einaten und Verschucken Reizt die uen und die tunsrane S 2 S 7 S 9 S 16 S 23 S 24 S 25 S 29 S 33 S 45 Darf nicht in die Hände vn Kindern eanen ehäter dicht eschssen haten ehäter an eine ut eüfteten Ort aufbewahren Vn Zündqueen fernhaten - nicht rauchen Gas/Rauch/Dapf/ers nicht einaten erührun it der Haut vereiden erührun it den uen vereiden Nicht in die Kanaisatin eanen assen Massnahen een eektrstatische ufadun treffen ei Unfa der Unwhsein sfrt rzt hinzuziehen 10