ΤΡΙΑΔΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑΕργαστήριο Φυσικής Χημείας | Τμήμα Φαρμακευτικής

Δημήτριος Τσιπλακίδης

ΝΟΜΟΣ ΦΑΣΕΩΝ ΤΟΥ GIBBS

Φάση (Φ)Μια μακροσκοπικά ομοιογενής περιοχή ενός συστήματος με ίδιες φυσικές και χημικές ιδιότητες (πχ διάλυμα).

Βαθμοί ελευθερίας (ε)Ο αριθμός των ανεξάρτητων μεταβλητών του συστήματος που μπορούν να μεταβληθούν χωρίς να αλλάξει ο αριθμός των φάσεων) ή ελάχιστος αριθμός των μεταβλητών που απαιτούνται για τον πλήρη καθορισμό της κατάστασης του συστήματος

Νόμος φάσεων του Gibbsε = Σ – Φ + 2

ΝΟΜΟΣ ΦΑΣΕΩΝ ΤΟΥ GIBBS

Εφαρμογή για σύστημα τριών συστατικών (Σ=3)

ε = Σ – Φ + 2 = 3 – Φ + 2 ε = 5 - Φμεταβλητές: P , T, c1, c2, c3

Φ=1 (πλήρης ανάμειξη): ε = 4 P, T, c1, c2 (c1+c2+c3=100%) Αν P, T είναι σταθερές, τότε ε=2 και συνεπώς: c3=c(c1, c2)

Φ=2 (μη αναμίξιμα συστατικά): ε = 3 P, T, c1 (ή P, T, c2 ή T, c1, c2 ή P, c1, c2) Αν P, T είναι σταθερές, τότε ε=1 και συνεπώς: c2=c(c1) και c3=c(c1)

ΤΡΙΓΩΝΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ

Για την απεικόνιση των τριαδικών συστημάτων χρησιμοποιούνται τριγωνικά διαγράμματα. Στις κορυφές ενός ισόπλευρου τριγώνου τοποθετούνται τα τρία συστατικά Α, Β και Γ που αντιστοιχούν σε 100% περιεκτικότητες για κάθε συστατικό . Κορυφές: καθαρό συστατικό Σημεία στους άξονες: δυαδικό σύστημα Σημείο στο εσωτερικό: περιγράφει την σύσταση του τριαδικού συστήματος

ΤΡΙΓΩΝΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ

A. Μέθοδος των «παράλληλων ευθειών»

Για να βρούμε την περιεκτικότητα του συστήματος που αντιπροσωπεύει ένα σημείο Μ ως προς το συστατικό Α (ή Β ή Γ), φέρνουμε την παράλληλη ευθεία προς την απέναντι πλευρά της κορυφής Α (ή Β ή Γ), δηλαδή προς την ΒΓ (ή ΑΓ ή ΑΒ) η οποία διέρχεται από το Μ. Η σύσταση του συστήματος ως προς Α (ή Β ή Γ) προκύπτει από την τιμή της συγκέντρωσης που αντιστοιχεί στα σημεία τομής της ευθείας αυτής με τις άλλες δύο πλευρές του τριγώνου, δηλαδή τις ΑΒ και ΑΓ (ή ΑΒ και ΒΓ ή ΑΓ και ΒΓ).

ΤΡΙΓΩΝΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ

Ευθεία σταθερού λόγου συγκεντρώσεωνΤα σημεία που βρίσκονται επάνω στην ευθεία που ενώνει μια κορυφή του τριγώνου με την απέναντι πλευρά αντιστοιχούν σε σταθερό λόγο συγκεντρώσεων των δύο άλλων συστατικών.

ΤΡΙΓΩΝΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ

B. Μέθοδος των «καθέτων ευθειών»

Η μέθοδος αυτή βασίζεται στον κανόνα2 ότι «ο λόγος της απόστασης ενός σημείου από οποιαδήποτε πλευρά ως προς το ύψος του τριγώνου ισούται με το γραμμομοριακό κλάσμα της ουσίας που βρίσκεται απέναντι από την πλευρά αυτή», δηλαδή:cA=MA’/h cB=MB’/h cΓ=MΓ’/h.

Έστω ένα τριαδικό σύστημα στο οποία τα συστατικά Α και Β όπως και τα Β και Γ αναμιγνύονται μεταξύ τους σε κάθε αναλογία αλλά τα συστατικά Α και Γ δεν αναμιγνύονται πλήρως μεταξύ τους.

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΦΑΣΕΩΝ ΜΗ-ΑΝΑΜΙΞΙΜΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ

Έστω ένα τριαδικό σύστημα στο οποία τα συστατικά Α και Β όπως και τα Β και Γ αναμιγνύονται μεταξύ τους σε κάθε αναλογία αλλά τα συστατικά Α και Γ δεν αναμιγνύονται πλήρως μεταξύ τους.

Η ευθεία ΚΛ ονομάζεται συνδετική γραμμή

Το σημείο Π όπου τα δύο συζυγή συστήματα έχουν την ίδια σύσταση, έτσι ώστε να υπάρχει μία μόνο φάση λέγεται σημείο plait

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΦΑΣΕΩΝ ΜΗ-ΑΝΑΜΙΞΙΜΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΦΑΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΘΑΝΟΛΗ-ΤΟΛΟΥΟΛΙΟ-ΝΕΡΟ Η μεθανόλη (MeOH) και το τολουόλιο (MePh) αναμιγνύονται πλήρως,

σχηματίζοντας μονοφασικά διαλύματα σε κάθε αναλογία. Το νερό (H2O) και το τολουόλιο αναμιγνύονται μερικώς.

• Παρασκευάζουμε έξι διαφορετικά μίγματα μεθανόλης-τολουολίου σε κωνικές φιάλες με συγκεντρώσεις κατά βάρος 20%, 50%, 70%, 90%, 95% και 98 %, σε ποσότητες των 20g.

• Πυκνότητες: dMeOH=0.791g/cm3 , dMePh=0.867g/cm3

Παρασκευή δυαδικών

συστημάτων μεθανόλης τολουολίου • Προσθέτουμε νερό μέχρι την εμφάνιση μόνιμης

θολερότητας (αντιστοιχεί στην εμφάνιση δεύτερης φάσης)

• Η προσθήκη του νερού γίνεται σε μικρές ποσότητες και ακολουθεί έντονη ανάδευση ύστερα από κάθε προσθήκη

«Τιτλοδότηση» με νερό

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΦΑΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΘΑΝΟΛΗ-ΤΟΛΟΥΟΛΙΟ-ΝΕΡΟ Ζητούμενα

1.Εύρεση συγκέντρωσης νερού που απαιτείται για την εμφάνιση δεύτερης φάσης.

2.Κατασκευή διαγράμματος φάσεων (τριγωνικό διάγραμμα) για το τριαδικό σύστημα μεθανόλης (MeOH) - τολουολίου (MePh) - νερού (H2O).