Ограниченно растворимые жидкости

1. До сих пор речь шла о смесях таких жидкостей, которые неограниченно
растворимы друг в друге. Но нередко растворимость ограничивается каким-то верхним пределом. Тогда, в зависимости от соотношения компонентов, система может находиться в виде не только одной, но и двух жидких фаз.

2. Это иллюстрируется схемой (рис. 10.1) для смеси H₂O–анилин, где использованы обозначения: 1 — H₂O, 2 — анилин, W₂ — массовая доля анили-
на в смеси.

а) При небольшом содержании анилина (первый сосуд) получается
однофазный раствор анилина в воде (фаза I).

б) Если же содержание анилина превышает уровень растворимости (W_2,I) (второй сосуд), то образуются 2 фазы:

I. насыщенный раствор анилина в воде с концентрацией W_2,I,

II. насыщенный раствор воды в анилине с массовой долей анилина W_2,II.

в) По мере увеличения содержания анилина в системе возрастает и доля фазы II (третий сосуд).

г) Наконец, когда обшее содержание анилина становится выше W_2,II, тогда фаза I перестает существовать, так как вся вода теперь может раствориться в анилине, т.е. остается только фаза II (четвертый сосуд).

3. Но указанные значения растворимости — W_2,I и W_2,II — зависят от температуры. В данном случае эта зависимость выглядит так, как показано на рис. 10.2.

а) Пусть исходная температура — T₁. Ей соответствуют значения растворимости W_2,I и W_2,II, так что в интервале W_2,I < W₂ < W_2,II жидкость находит­ся в двухфазном состоянии, а за пределами этого интервала — в однофазном.

б) При нагревании взаимная растворимость данных веществ повышается, отчего интервал двухфазности суживается.

в) И, наконец, при некоторой температуре T_ВКТР, называемой верхней критической точкой растворимости (отсюда – аббревиатура ВКТР), этот интервал обращается в ноль, т.е. при T_ВКТР смесь находится в однофазном состоянии при любом составе.

4. Рассмотрим распределение общей массы системы по фазам при температуре T₁ с произвольным составом смеси W_2,0.

б) После элементарных преобразований находим массовую долю фазы I:

в) Это — очередное перекрёстное правило рычага (как и правило, сформулированное в п. 9.2 для диаграммы кипения идеальной смеси). Заметим, что существуют смеси и с другой зависимостью растворимости от температуры.