החוק של ראולט: מה זה, סטיות חיוביות ושליליות - כִּימִיָה - 2025

ראול הוצע על ידי הכימאי הצרפתי פרנסואה-מארי ראול ב 1887, ומשמש כדי להסביר את ההתנהגות של לחץ אדים של פתרון של שתי (בדרך כלל אידיאלי) חומרים immiscible פי לחץ אדים חלקי של כל רכיב נוכח בזה.

ישנם חוקי כימיה המשמשים לתיאור התנהגותם של חומרים בתנאים שונים ולהסביר את התופעות בהן הם מעורבים, תוך שימוש במודלים מתמטיים מוכחים מדעיים. החוק של ראולט הוא אחד מאלה.

פרנסואה-מארי ראול

תוך שימוש בהסבר המבוסס על יחסי הגומלין בין מולקולות הגזים (או הנוזלים) כדי לחזות את התנהגות לחץ האדים, חוק זה משמש ללימוד פתרונות לא אידיאליים או אמיתיים, ובלבד שנחשבים המקדמים הנחוצים לתיקון המודל. מתמטי ולהתאים אותו לתנאים שאינם אידיאליים.

ממה זה מורכב?

החוק של ראול מבוסס על ההנחה שהפתרונות המעורבים מתנהגים בצורה אידיאלית: זה קורה מכיוון שחוק זה מבוסס על הרעיון שהכוחות הבין-מולקולריים בין מולקולות שונות שווים לאלו שקיימים בין מולקולות דומות (אשר לא כל כך מדויק במציאות).

למעשה, ככל שפתרון קרוב יותר לאידיאליות, כך תהיה הזדמנות גדולה יותר לעמוד בתכונות המוצעות על ידי חוק זה.

חוק זה מתייחס ללחץ האדים של תמיסה עם מומס לא נדיף, וקובע שהוא יהיה שווה ללחץ האדים של אותה מומס טהור באותה טמפרטורה, כפול שבר השומה שלו. זה בא לידי ביטוי במונחים מתמטיים עבור רכיב יחיד כדלקמן:

P _i = Pº _i . X _i

בביטוי זה P _i שווה ללחץ האדים החלקי של רכיב i בתערובת הגז, Pº _i הוא לחץ האדים של מרכיב טהור i, ו- X _i הוא שבר השומה של רכיב i בתערובת.

באותו אופן, כאשר ישנם מספר רכיבים בפתרון והם הגיעו למצב של שיווי משקל, ניתן לחשב את לחץ האדים הכולל של הפתרון על ידי שילוב החוק של ראול עם דלטון:

P = Pº _A X _A + Pº _B X _B + Pº _C X _c …

באופן דומה, באותם פתרונות שבהם יש רק מומס אחד והממס, ניתן לנסח את החוק כמוצג להלן:

P _A = (1-X _B ) x Pº _A

סטיות חיוביות ושליליות

הפתרונות שניתן ללמוד באמצעות חוק זה צריכים בדרך כלל להתנהג בצורה אידיאלית, מכיוון שהאינטראקציה בין מולקולותיהם היא קטנה ומאפשרת להניח את אותן תכונות לאורך הפתרון כולו ללא יוצא מן הכלל.

עם זאת, פתרונות אידיאליים כמעט ולא קיימים במציאות, ולכן יש לשלב שני מקדמים בחישובים המייצגים אינטראקציות בין-מולקולריות. אלה מקדם הפוגה ומקדם הפעילות.

במובן זה, סטיות ביחס לחוק של ראול מוגדרות כחיוביות או שליליות, בהתאם לתוצאות שהתקבלו באותה עת.

סטיות חיוביות

סטיות חיוביות ביחס לחוק של ראול מתרחשות כאשר לחץ האדים של הפיתרון גדול יותר מזה שמחושב על פי חוקו של ראול.

זה קורה כאשר כוחות הלכידות בין מולקולות דומות גדולים יותר מאותם כוחות בין מולקולות שונות. במקרה זה, שני הרכיבים מתאדים בקלות רבה יותר.

סטייה זו נתפסת בעקומת לחץ האדים כנקודה מקסימאלית בהרכב מסוים ויוצרת אזוטרופ חיובי.

האזוטרופה היא תערובת נוזלית של שני תרכובות כימיות או יותר שמתנהגת כאילו היא מורכבת מרכיב יחיד וזה מתאדה מבלי לשנות את הרכבו.

סטיות שליליות

סטיות שליליות ביחס לחוק של ראול מתרחשות כאשר לחץ האדים של התערובת נמוך מהצפוי לאחר חישוב עם החוק.

סטיות אלה מופיעות כאשר כוחות הלכידות בין מולקולות התערובת גדולות מהכוחות הממוצעים בין חלקיקי הנוזלים במצבם הטהור.

סטייה מסוג זה מייצרת שמירה של כל רכיב במצבו הנוזלי על ידי כוחות אטרקטיביים גדולים מאלו של החומר במצבו הטהור, כך שהלחץ החלקי של האדים במערכת מופחת.

האזוטרופים השליליים בעקומות לחץ האדים מייצגים נקודת מינימום, ומפגינים זיקה בין שני המרכיבים או יותר המעורבים בתערובת.

דוגמאות

החוק של ראול משמש בדרך כלל לחישוב הלחץ של פיתרון על בסיס הכוחות הבין-מולקולריים שלו, ומשווה בין הערכים המחושבים לערכים אמיתיים כדי להסיק אם יש סטייה כלשהי ואם זה אמור להיות חיובי או שלילי. להלן שתי דוגמאות לשימושים בחוקו של ראול:

תערובת בסיסית

התערובת הבאה, המורכבת מפרופאן ובוטאן, מייצגת קירוב של לחץ האדים, ואנחנו יכולים להניח ששני המרכיבים נמצאים בפרופורציות שוות בתוכה (50-50), בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס:

X _פרופאן = 0.5

Pº _פרופאן = 1352.1 kPa

X _בוטאן = 0.5

Pº _בוטאן = 377.6 ק"פ

זה מחושב על פי החוק של ראול:

_תערובת P = (0.5 x 377.6 kPa) + (0.5 x 1352.1 kPa)

אז זה:

_תערובת P = 864.8 kPa

תערובת בינארית עם מומסים לא נדיפים

לפעמים קורה כי המומס בתערובת אינו נדיף, ולכן החוק משמש להבנת התנהגות לחץ האדים.

ניתנת תערובת של מים וסוכר בפרופורציות של 95% ו- 5%, בהתאמה, ובתנאי טמפרטורה רגילים:

_מים X = 0.95

Pº _מים = 2.34 kPa

_סוכר X = 0.05

Pº _סוכר = 0 kPa

זה מחושב על פי החוק של ראול:

_תערובת P = (0.95 x 2.34 kPa) + (0.05 x 0 kPa)

אז זה:

_תערובת P = 2.22 kPa

ברור שהיה שקע בלחץ האדים של המים בגלל כוחות בין-מולקולריים.

הפניות

1. אן מארי הלמנסטין, פ '(נ'). הגדרת החוק של ראול. נשלח מ- thoughtco.com
2. ChemGuide. (sf). החוק של ראולוט ומומסים לא הפכפכים. נשלח מ- chemguide.co.uk
3. LibreTexts. (sf). החוק של ראולט ותערובות אידיאליות של נוזלים. נשלח מ- chem.libretexts.org
4. נייטריום. (sf). חוק ראולט. נשלח מ- neutrium.net
5. ויקיפדיה. (sf). חוק ראולט. נשלח מ- en.wikipedia.org