Fest/Flüssig-Phasengleichgewicht binärer Systeme

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Fest/Flüssig−Phasengleichgewicht binärer Systeme 2 gasförmigen und der festen Phase zunimmt: Es kommt, aus rein entropischen Gründen, zur Siedepunktserhöhung und zur Gefrierpunktserniedrigung (s. Abb. 1). Beide hier untersuchte Phänomene - die Gefrierpunktserniedrigung und die Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit - werden durch ein Schmelzdiagramm mit Eutektikum beschrieben, wie es schematisch in Abbildung 2 für ein Lösemittel A und einen gelösten Feststoff B dargestellt ist. Dabei wurde vereinfachend angenommen, dass die Komponenten im flüssigen Zustand (d.h. für T > TB) vollkommen mischbar sind. TA und TB bezeichnen die Schmelzpunkte der reinen Stoffe. E ist der eutektische Punkt mit der eutektischen Temperatur TE und der Zusammensetzung xE. Der linke Ast der Schmelzpunktskurve (TA-E) ist die Gefrierpunktskurve des Lösemittels. Hier befinden sich die Lösung und die reine feste Phase des Lösungsmittels im Gleichgewicht. Der rechte Ast der Schmelzpunktskurve (E-TB) ist die Löslichkeitskurve des gelösten Stoffs. Hier befinden die Lösung und der reine Feststoff B im Gleichgewicht. Oberhalb der Schmelzpunktskurve (L) liegt nur eine Phase, die flüssige Lösung, vor, während unterhalb der Schmelzpunktskurve das Zweiphasengebiet C liegt, in dem kein thermodynamisches Gleichgewicht herrscht. Dort liegen entweder Lösung und festes (gefrorenes) Lösemittel (C1), gesättigte Lösung und Feststoff (C2) oder reines, festes (gefrorenes) Lösemittel und reiner Feststoff (C3) nebeneinander vor. Am eutektischen Punkt E liegen drei Phasen im Gleichgewicht vor: das reine feste Lösemittel, der reine Feststoff und die flüssige Lösung mit dem Molenbruch xE. Durch Vertauschung der Achsen (T ↔ x) und Umrechnung des Molenbruchs x auf das Massenverhältnis w erhält _________________________________________________________________________________________ Apparatives Praktikum Physikalische Chemie für Studierende der Biologie WS 201/1 TU Braunschweig, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Fest/Flüssig−Phasengleichgewicht binärer Systeme 3 man oberhalb der eutektischen Temperatur TE aus dem oben abgebildeten Schmelzdiagramm die nachfolgend dargestellten Löslichkeitskurven von Salzen: Abb. 3: Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit einiger Salze Löslichkeitsgleichgewicht Die Temperaturabhängigkeit der Sättigungskonzentration xB des gelösten Stoffes B ist - unter den nachfolgend aufgeführten Voraussetzungen: ideal verdünnte Lösungen, Temperaturunabhängigkeit von Schmelzwärme und Schmelzentropie - mit seiner molaren Schmelzwärme (heat of fusion) ΔHB,m verknüpft: ΔH Bm , ⎛ 1 1 ⎞ − ⎜ − ⎟ R T T0⎠ xB( T) = xB( T0) ⋅e ⎝ bzw. ΔH Bm , ln x B =− + const RT _________________________________________________________________________________________ Apparatives Praktikum Physikalische Chemie für Studierende der Biologie WS 201/1 TU Braunschweig, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie (1a) (1b)
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