Несмешивающиеся жидкости

Рассматривая несмешивающиеся друг в друге жидкости, необходимо условиться:

жидкая система имеет постоянные внешние условия, т.е. постоянная температура и атмосферное давление.

Если между частицами 2-х компонентов не образуется соединений, данная двухкомпонентная система не смешивается.

Практически не смешиваются (растворяются) друг в друге: вода – керосин, вода – ртуть, вода – сероуглерод, вода – толуол.

Рассмотрим правило фаз Гиббса:

L = n +2 - N , (5.7)

где L = число степеней свободы или число независимых переменных, к которым относятся температура (t), давление (Р) и концентрация компонентов.

n - число компонентов;

N – число фаз.

В двухкомпонентной системе, состоящей из двух взаимно нерастворимых жидкостей, например воды и толуола, будет три фазы: две жидкие (вода и толуол) и одна паровая (смесь паров толуола и воды) и одна паровая (смесь паров толуола и воды). Для этой системы число степеней свободы L = 2 + 2 - 3 = 1.

Число степеней свободы = 1 говорит о том, что эта двухкомпонентная система состоит из двух взаимно нерастворимых жидкостей. Рассматривая паровую фазу нерастворимой системы вода-толуол, можно сказать что в случае, если жидкости (компоненты) взаимно нерастворимы, то давление насыщенного пара каждой из них останется равным давлению насыщенного пара в чистом состоянии, независимо от присутствия другой жидкости, в каком бы то ни было количестве. Общее давление насыщенного пара смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей равно сумме давлений пара чистых компонентов.

Рассмотрим для примера систему состоящую из воды и сероуглерода, которые взаимно практически нерастворимы.

Поместим в цилиндр закрытый пробкой некоторое количество обоих компонентов и будем определенное время встряхивать цилиндр до достижения компонентов взаимного равновесия, т.е. до состояния, которое не будет вызывать изменения состава слоев.

Опыт покажет, что компоненты не растворятся друг в друге, а образуют два слоя.

Сколько не прибавлять того или другого из компонентов состав каждого из двух равновесных слоев при постоянной температуре останется постоянным.

Химический потенциал каждого данного компонента и давление насыщенного пара его при равновесии для обеих фаз одинаково.

Расслоение смеси может возникнуть только в системах, обладающих значительным положительным отклонением давления насыщенного пара от линейной зависимости определенной законом Рауля.

Часто в практике несмешивающиеся жидкости образуют эмульсии.

Эмульсия - система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой. Величина частиц дисперсной фазы в этом случае колеблется в довольно широких пределах.

Неоднородные системы, характеризуются весовым или объемным соотношением дисперсной и дисперсионной фаз и размерами частиц дисперсной фазы. Дисперсную фазу принято характеризовать дисперсным составом, т.е. процентным содержанием частиц различного размера. Для эмульсий характерна возможность перехода дисперсной фазы в дисперсионную и наоборот.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что несмешивающиеся жидкостидают нам возможность, не изменяя внешних условий (t, P) производить гидромеханические процессы, т.е. осаждение и фильтрование.