Luật của Raoult: Nó là gì, sai lệch tích cực và tiêu cực

Định luật Raoult được đề xuất bởi nhà hóa học người Pháp François-Marie Raoult vào năm 1887, và nhằm giải thích hành vi áp suất hơi của dung dịch hai chất có thể trộn được (thường là lý tưởng) tùy thuộc vào áp suất hơi của từng thành phần có mặt trong này

Có những định luật hóa học được sử dụng để mô tả hành vi của các chất trong các điều kiện khác nhau và giải thích các hiện tượng mà chúng có liên quan, sử dụng các mô hình toán học đã được khoa học chứng minh. Luật của Raoult là một trong những luật này.

Sử dụng một lời giải thích dựa trên sự tương tác giữa các phân tử khí (hoặc chất lỏng) để dự đoán hành vi của áp suất hơi, luật này được sử dụng để nghiên cứu các giải pháp không lý tưởng hoặc thực tế, với điều kiện các hệ số cần thiết được xem xét để điều chỉnh mô hình toán học và điều chỉnh nó để điều kiện không lý tưởng.

Nó bao gồm những gì?

Định luật Raoult dựa trên giả định rằng các giải pháp liên quan hành xử theo một cách lý tưởng: điều này xảy ra bởi vì luật này dựa trên ý tưởng rằng các lực liên phân tử giữa các phân tử khác nhau giống như giữa các phân tử tương tự (mà nó không thành công trong thực tế).

Trong thực tế, một giải pháp càng gần với lý tưởng, nó sẽ càng có nhiều cơ hội để tuân thủ các đặc điểm được đề xuất bởi luật này.

Định luật này liên quan đến áp suất hơi của dung dịch với chất tan không bay hơi, nói rằng nó sẽ bằng áp suất hơi của chất tan tinh khiết đó ở nhiệt độ đó, nhân với phần mol của chúng. Điều này được thể hiện bằng thuật ngữ toán học cho một thành phần theo cách sau:

P _i = P _i . X _i

Trong biểu thức này P _i bằng áp suất riêng phần hơi của thành phần i trong hỗn hợp khí, Pº _i là áp suất hơi của thành phần nguyên chất i và X _i là phần mol của thành phần i trong hỗn hợp.

Theo cách tương tự, khi bạn có một số thành phần trong một giải pháp và chúng đã đạt đến trạng thái cân bằng, bạn có thể tính tổng áp suất hơi của dung dịch bằng cách kết hợp định luật Raoult với Dalton:

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

Ngoài ra, trong các giải pháp chỉ có một chất tan và dung môi, luật có thể được xây dựng như hình dưới đây:

P _A = (1-X _B ) x P _{A A}

Độ lệch dương và âm

Các giải pháp có thể được nghiên cứu theo luật này thường sẽ hoạt động lý tưởng, vì các tương tác giữa các phân tử của chúng là nhỏ và cho phép các thuộc tính tương tự được giả định trong suốt giải pháp mà không có ngoại lệ.

Tuy nhiên, các giải pháp lý tưởng hầu như không tồn tại trong thực tế, do đó, hai hệ số phải được kết hợp vào các tính toán đại diện cho các tương tác liên phân tử. Đây là hệ số fugacity và hệ số hoạt động.

Theo nghĩa này, những sai lệch liên quan đến luật của Raoult được định nghĩa là tích cực hoặc tiêu cực, tùy thuộc vào kết quả thu được tại thời điểm đó.

Độ lệch dương

Độ lệch dương so với định luật Raoult xảy ra khi áp suất hơi của dung dịch lớn hơn so với tính toán của định luật Raoult.

Điều này xảy ra khi lực kết dính giữa các phân tử tương tự lớn hơn lực tương tự giữa các phân tử khác nhau. Trong trường hợp này, cả hai thành phần dễ bay hơi hơn.

Độ lệch này được nhìn thấy trong đường cong áp suất hơi là một đỉnh trong một chế phẩm cụ thể, tạo thành một azeotrope dương.

Azeotrope là một hỗn hợp lỏng của hai hoặc nhiều hợp chất hóa học hoạt động như thể nó được hình thành bởi một thành phần duy nhất và bay hơi mà không thay đổi thành phần.

Độ lệch âm

Độ lệch âm so với định luật Raoult xảy ra khi áp suất hơi của hỗn hợp thấp hơn dự kiến sau khi tính toán với định luật.

Những sai lệch này xuất hiện khi lực kết dính giữa các phân tử của hỗn hợp lớn hơn lực trung bình giữa các hạt của chất lỏng ở trạng thái tinh khiết.

Loại sai lệch này tạo ra sự lưu giữ của từng thành phần ở trạng thái lỏng bởi lực hấp dẫn lớn hơn lực của chất ở trạng thái nguyên chất, do đó áp suất hơi của hệ thống giảm.

Các azeotropes âm trong các đường cong áp suất hơi đại diện cho một điểm tối thiểu và chứng minh mối quan hệ giữa hai hoặc nhiều thành phần tham gia vào hỗn hợp.

Ví dụ

Định luật Raoult thường được sử dụng để tính áp lực của một giải pháp dựa trên các lực liên phân tử của nó, so sánh các giá trị được tính toán với các giá trị thực để kết luận nếu có bất kỳ sai lệch nào và nếu điều này là dương hay âm. Dưới đây là hai ví dụ về việc sử dụng luật của Raoult:

Hỗn hợp cơ bản

Hỗn hợp sau, bao gồm propan và butan, đại diện cho xấp xỉ áp suất hơi, và chúng ta có thể giả sử rằng cả hai thành phần có tỷ lệ bằng nhau trong nó (50-50), ở nhiệt độ 40 ° C:

X _propan = 0, 5

_Propan P = 1352, 1 kPa

X _butan = 0, 5

Pº butano = 377, 6 kPa

Nó được tính theo luật của Raoult:

_{Hỗn hợp} P = (0, 5 x 377, 6 kPa) + (0, 5 x 1352, 1 kPa)

Vì vậy:

_{Hỗn hợp} P = 864, 8 kPa