Legea lui Raoult. Echilibrul izoterm lichid-vapori (gaz-solutie)

Legea lui Raoult. Echilibrul izoterm lichid-vapori (gaz-solutie)

Echilibrul fizic eterogen gaz-solutie poate fi exprimat cantitativ cu ajutorul a doua legi: legea lui Henry si legea lui Raoult.

Presiunea de vapori a unei solutii este presiunea exercitata de vapori atunci cand atat solventul cat si solvatul sunt in echilibru cu faza de vapori. Daca solventul este volatil atunci presiunea de vapori a solventului din solutie este de fapt presiunea de vapori a solutiei. Faza gazoasa in echilibru cu solutia contine numai vaporii solventului.

Daca solvatul este o substanta solida nevolatila, avand o presiune de vapori neglijabila, experienta arata ca presiunea de vapori a solutiei este mai mica decat cea a solventului pur.

Scaderea relativa a presiunii de vapori a solutiei este egala cu fractia molara a solvatului, conform legii lui Raoult (1886):

(5.30)

unde:      = presiunea de vapori a solventului pur;

p = - (5.31)

unde:      = presiunea de vapori a solutiei (a solventului in solutie);

p₁ = scaderea presiunii de vapori a solutiei;

= scaderea relativa a presiunii de vapori a solutiei.

Legea lui Raoult poate fi dedusa aplicand conditia de echilibru termodinamic de egalitate a potentialului chimic al solventului in solutie si in faza de vapori:

_{1s 1g} (5.32)

respectiv

(5.33)

Vaporii se considera ca avand comportament de gaz perfect, iar solutia ideala.

Din relatia (5.33) rezulta:

(5.34)

Pentru cazul limita x₁ = 1 (solvent pur) rezulta p₁ = .

Adica

(5.35)

Rezulta:

(5.36)

Solutia este formata din doi componenti (solvat si solvent), adica:

x₁ = 1 - x₂ (5.37)

Relatia (5.36) devine:

(5.38)

De unde:

(5.39)

Relatia (5.39) coincide cu legea lui Raoult (5.30).

Se observa in legea lui Raoult ca nu intervine nici o marime care sa depinda de natura solvatului.

Relatia (5.36) este o alta forma de exprimare a legii lui Raoult si arata ca presiunea de vapori a solutiei este proportionala cu fractia molara a solventului.

Cu ajutorul legii lui Raoult se poate explica fenomenul de distilare izoterma, care se observa cand se introduc doua vase cu solutii de concentratii diferite intr-un spatiu inchis (clopot de sticla). Dupa un timp se constata ca solventul se evapora din solutia mai diluata, condensandu-se in solutia mai concentrata care are o presiune de vapori mai mica. Fenomenul are loc pana la egalarea concentratiilor celor doua solutii.

Pe baza legii lui Raoult (5.30) se poate determina masa moleculara a solvatului (M₂).

Relatia (5.30) se poate scrie:

(5.40)

unde:      n₁ = numarul de moli de solvent;

n₂ = numarul de moli de solvat.

Daca solutia este diluata, atunci n₂ << n₁.

Rezulta:

(5.41)

respectiv

(5.42)

unde:      m₁, M₁ = masa, respectiv masa moleculara a solventului;

m₂, M₂ = masa, respectiv masa moleculara a solvatului.

Din relatia (5.42) se obtine pentru M₂:

(5.43)

Prin aceasta metoda se determina masa moleculara a unor substante nevolatile.