Задача по физической химии

Задача. Давление насыщенного пара серы над растворами серы в жидком железе при 1903К приведены в табл.

	10,0	6,0	3,0	1,0
	12,05	8,15	4,3	1,45

 

Определить значение активности и коэффициента активности серы, как растворенного вещества и характер отклонений от закона Генри. За стандартное состояние принять разбавленный раствор и найти постоянную Генри.

Решение:

В реальных предельно разбавленных растворах для растворенного вещества выполняется закон Генри: p2 = KГx2,

где – константа Генри.

=

 Упрощенно активностью  можно назвать ту эффективную  концентрацию, при которой реальный  раствор приобретает термодинамические  свойства идеального.

 

серы над растворами серы в жидком железе

Рис.1 Давление паров серы над жидким сплавом сера-железо.

 

Величина и характер отклонения коэффициента активности примесей зависят от выбора стандартного состояния. Непременным условием выбора такого состояния является применимость к раствору законов идеальных систем, т. е. возможность принять равным единице. Этим условиям удовлетворяют чистое вещество или разбавленный раствор, к которому применим закон Генри. Положительные отклонения от закона Генри (/ > 1) соответствуют отрицательным отклонениям от закона Рауля (/ < 1), и наоборот. Это наглядно видно на примере изменения упругости паров и соответственно активности.

Упругость пара серы, растворенного в железе (сплошная линия), изменяется не пропорционально концентрации, что означает, что раствор не идеальный. Однако при некоторых концентрациях законы идеальных систем применимы для этого раствора. При очень низких концентрациях серы соблюдается закон Генри (упругость пара растворенного вещества пропорциональна его концентрации), а в правой части ее видно, что при высоких концентрациях серы соблюдается закон Рауля (упругость пара вещества пропорциональна мольной доле его в растворе). Эти участки можно принять за стандартное состояние. Если за стандартное принять состояние чистой серы, то в случае действия закона Рауля во всем интервале концентраций упругость его пара соответствовала бы верхней штриховой линии. Например, при концентрации S — 5 упругость пара серы равнялась бы 1,80Па, а активность а = 1,8/4 = 0,45 (где 4 — упругость пара чистой серы ). В действительности упругость пара серы при этой концентрации равна 1,3, а фактическая активность аф = = 1,3/4 = 0,33. Если в качестве стандартного состояния принять 1 %-ный раствор, для которого р° = 1 кП, или 0,01 ат, то для идеального раствора, согласно закону Генри, упругость пара серы изменялась бы соответственно нижней штриховой линии. При концентрации серы, равной 5%, Аид = 0,5/0,01 = 50, а Аф = 1,3/0,01 = 130. Следовательно, коэффициент активности при выборе этого стандартного состояния равен f = 130/50 = 2,6.