ШЕКТІ ЕРІГІШТІК ЖӘНЕ ЕРІМЕЙТІН ҢОСПА

Дистилляция дегеніміз ерітіндіні айдау арқылы құрам бөлік-теріне жіктеу. Бұл процестің негізінде теңдіктегі сұйықтық пен будың құрамдарының айырмашылықтары жатыр. Олай болса, тепе-тендікте болатын сұйық пен будын, құрамындағы өзгешелік неғұрлым айқын болса, онда мұн-дай қоспаны жеке бөліп тазарту солғұрлым жеңіл.

Қайнау темпе-ратурасы мен құрамға сәйкес алынған диаграммалар 19-сурет-тегілердің біріне сәйкес келсе, онда мұндай қоспалар дистилля-ция арқылы тазартқанда не бөл-генде ұқсас болмайды. Бірінші түрде келтірілген екі қоспаны дистилляциялағанда жеке, таза компоненттер оңай бөлініп алы-нады. Екінші не үшінші түрге жататын системаларды, ондағы компоненттерді жеке, таза күйін-де бөлу мүмкін емес, өйткені олар азеотропиялық ерітінділер. Мысалы, этил спиртінің судағы ерітіндісінен спирт пен суды же-ке күйінде бұл әдісті пайдаланып бөліп алуға болмайды. Өйткені 95,57% спирт ерітіндісі атмосфе-ралық кысымда 78,13°С-та қай-найды және этил спиртінін, буда-ғы молекулалары өзімен бірге су буын да ала көтеріледі. Демек, олар бірге қайнап, бірге буланып, бірге үшады.

Егер ерітінді құрамына енетін компоненттердің парциалды қысымы Рауль заңынан едәуір ауытқып, кризистік нүктеден асып кетсе, онда сұйықтар бір-біріне ерімей екі қабатқа бөлініп, жаңа сапалы күйге иеленеді. Мұндай сұйықтар бір-бірінде шекті еріп, белгілі бір қатынаста ғана араласады. Мұндағы бірінші фаза Акомпоненттің В компонентіндегі қаныққан ерітіндісі болса, ал екінші фаза — керісінше.

Температура жоғарылаған сайын Рауль заңынан ауытку ша-масы азая түседі, сөйтіп компоненттердің ерігіштік шегі жақын-дайды. Системадағы компоненттер өзара шексіз еритіндей дәре-жеге көтерілген кездегі ең жоғарғы температура ерігіштіктің жо-ғарғы кризистік немесе шекті температурасы делінеді.

Қоспадағы екі сұйык қабатының қатарынан өзара теңдік жағ-дайында бола беруінін, басты шарты, осы екі қабаттағы әрбір компоненттің химиялық потенциалдарының теңдігі, олай болса,

77

19-сурет^І^^^

20 40 60 80

осы екі қабаттағы әрбір сұйықтьщ бетіндегі А компонентінін. парциалды кысымы өзара тең және осыған орай В компонентінікі де нақ солай, өзара тең.

Екі қабаттагы бір-бірінде нашар, шекті араласатын сұйық-тардың қаныққан бу кұрамы мен температура араларындағы тә-уелділікті көрсететін графиктіерігіштік диаграммасы дейді. Бұған мысал ретінде 20-суретте анилиннің және фенолдың судағы ері-

гіштік диаграммалары біріктіріліп, кел-тірілген. Әуелі қалыпты жағдайда ани-лин суда «нашар ериді, сосын бірте-бірте қоспа температурасын жоғарылатқан сайын олардың ерігіштігі артып, 178°С—та өзара толық араласып, бірегей ерітін-ді түзіледі.|*Ал осы екі коспаны 100°С-та қарасақ, график ішіндегі торланған ау-дан құрамның ерімей, араласпай, екі қа-бат түзелетінін көрсетеді. Нақ осы диа-грамма ішіндегі фенол қалыпты жағдай-да едәуір араласады және осы қоспа температурасын көтергенде өз шегіне жетіп, 68,3°С-та толық еріп, бірегей ері-тінді түзіледі. Әдетте осындай темпера-тура, екі сұйықтың шекті ерігіштік (кри-зистік) температурасы делінеді.

Кей жағдайларда кризистік темпера-тура нүктелері екеу болуы мүмкін. Олар-дың бірі жоғарғы, екіншісі төменгі делі-неді. Оған 21-суретте келтірілген нико-тин мен су арасындағы өзара ерігіштікті сипаттайтын диаграмма мысал болады. Жоғарғы кризистік ерігіштік температу-ра 210°С-қа сәйкес және осы нүктедегГ никотин шамасы 32%, ал төменгі нүкте 60,8°С-қа сәйкес, ондағы никотин мөд-шері 29%. Ондағы торланған көлем ішін-дегі құрам мен температура аралығында, _ никотин бір фаза да, су өз алдына бөлек фаза болады Әрине, оның сыртындағы құрам бір-біріне араласып, толық еріп, біркелкі ерітіндіге агіналады.

Мұндай скі сұйықтың бір-бірінде ері-ген ерітінділерді бинарлы (қосарланған) ерітінді дейді. Бинарлы ерітінділер буы-мсн түйіскенде оның еркіндік дәреже саны Гиббстің фазалар ережесі бойын-І^а Іііе тсцеледі, өйткені онда екі компонент және екі фа-за бар. Ал жақсы араласатын (еритіи) сұйықтардың ондағы еркш-дік тэрсже саны бірге кем, өйткені мұнда екі сүйық фаза бар. Осы екі сұйық фаза түрғанда системадағы будың жалпы қысымы құ-

78

Қурам,

21-суретрамнан тәуелсіз де температураға тікелей байланысты өзгереді. Кризистік (шекті) температурадан төмен жаткан әрбір темпера-туралар үшін, концентрацияны шектейтін ав және вс қисықтарынын, аралығында болатын коспалар бетіндегі будың жалпы қысы-мы, Р = Р_А +Рв —тұрақты шама.

Егер сұйық қоспадағы компоненттер өздерінің табиғи айырма-шылығы жағынан бір-бірінен өте алшақ болса, мысалы бензол — су не сынап — су сияқты косылыстарды алсақ, олардың өзара өте нашар еритіні байқалады, тіпті мүлдем араласпайды деуге бола-ды. Қоспа бетіндегі әрбір компоненттің қысымы, әрбір таза күйін-дегі сұйықтың бетіндегі өз буының қысымына шамалас, ал жалпы . қысым берілген температурадағы осы екі компоненттің қаныққан кысымдарының қосындысына тең: Р = Р°_А +Р° . Бұл қысым А және В сұйыктарының температуралары меншікті қайнау темпе-ратураларынан төмен температурадағы сыртқы қысымға тең. Сон-дықтан да мұндай қоспалардың кайнау температурасы онын, құ-рамына енетін әрбір таза күйіндегі сұйықтьщ қайнайтын темпера-тураларынан төмен. Сондай-ақ, қайнау температуралары өте жоғары органикалық сұйық қосылыстарды (айталық, ол 160°С қайнайтын болса), су қосып айдайды. Су 100°С қайнайтындықтан, әлгі коспа одан төмен температурада қайнайды. Бұл, біріншіден, жылуды үнемдесе, екіншіден, компоненттерді температура әсері-нен ыдыраудан сақтайды. Ол үшін сумен араласпайтын және өте жоғарғы температурада қайнайтын сұйык арқылы судың ыстық буын өткізеді. Сонда бу өзімен бірге әлгі компоненттің молеку-лаларын ілестіре ұшып, салқындағанда таза су мен екінші компо-нентке бөлінеді