Ш құралас бөлікп жүйелердің өзара ерігіштігі

Сыртқ ы факторлардың арасьша, бір компонентгі системаның тендігіне тек температура мен қ ысым есер еткен жағ дайда, Р, Т тендеудегі фазалар ережесі былайша ернектеледі:

С=К-Ф+2; К=1, онда С=5-Ф.

Ал сыртқ ы факторлардың арасьшан екі компонентгі системаның тендігіне тек қ ысым мен температура ғ ана ық пал ететін болса, онда Гиббстің фазалар ережесі:

С=К-Ф+2; К=2, онда С=4-Ф болып тү рленеді.

Ал ең ці ү ш компонентгі системаның тендігіне температура, қ ысым жене компоненттердің концентрациясы ө сер ететін болса, онда Гиббстің фазалар заң ы: С=К-Ф+2; К=3, онда С=5-Ф болып ернектеледі.

Бү дан ү ш компонентгі системалар ү шін бірден бес фазадан артық бола алмайтьшы байқ алады (С=0; Ф=5), ал варианттылығ ы тертке тең еледі Ф=1; С=4. Мү нда не температура, не қ ысым тү рақ ты деп есептеледі. С=4-Ф.

Ал, температурада, қ ысымдатү рақ ты болса, онда С=3-Ф.

Ү ш компонентгі системалардың кү йін сипатгайтьш параметрге температура, қ ысым жене оның қ ү рамьша енетін екі компонентгің концентрациясы жатады. ендеше мү ндай системалардың толық кү йін сипатгайтын диаграмма терт ө лшемді болуы керек. Осьпан орай ү ш компонешті системаларды тү рақ ты қ ысым жағ дайьшда қ арастырьш, олардың диаграммасьш кең істіктегі тік ү ш қ ырлы призма тү рінде тұ рғ ызады, оның табаны ү ш компонентгің котщентрациясьша сә йкес келетін тең бү йірлі ү шбү рьпп, ал система температурасьша призманың биіктігі сә йкес келеді. Ү ш компонентгі системаның тендіктегі кү йін қ ысым мен температура ешбір ө згеріссіз, тү рақ ты қ алатьш жағ дайда зертгесе, призманың табаньша параллель болатьш жазық тық тағ ы тең бү йірлі ү шбү рыш қ иьшдығ а айналады. Ә рине, бү л ү шбү рыш системадағ ы компонент қ ү рамын ернектейді жә не системаны қ арастыру едө уір жең ілдейді.

Ү ш компонента системалардың кү йін сипатгау ү шін ү шбү рышты жө не тік бұ рышты диаграммаларды қ олданады. Ү шбұ рышты диаграммаларды Гиббс не Розебом ә дістерінің бірін пайдаланып тұ рғ ызады. Осы ә дістердің екеуіне де тө белері А, В жә не С компонент-теріне сә йкес келеіін тең қ абырғ алы ү шбү рыш қ олданылады. Осы ү шбү рыштың ә р қ абырғ асы екі компонентгі системаның қ ү рамьш кө рсетеді. Олай болса, осы ү шбү рыштың кез-келген қ абырғ асьшда жатқ ан нү кте қ ү рамьш, ал оның ішінде орналасқ ан нү кте екі компонента системаның қ ү рамдық қ атынасьш сипатгайды. (1-сурет).

Ү шбү рышты диаграммаларды тү рғ ызғ анда тең бү йірлі ү шбү рьшпъщ қ асиетгерін пайдаланғ ан тиімді; ү шбұ рьшітың ішінде орналасқ ан нұ ктеден оның ү ш жшъша жү ргізген перпендикуляр қ осындысы ә рқ ашан да оның биіктігіне тең жә не ол тү рақ ты шама (КД+КЕ+Кб=ВН); ү шбү рыштың ішіндегі кез-келген нү ктеден, оның ү ш жағ ьша жү ргізілген параллель қ осың цысы осы ү шбү рыштың қ абь^^асьша тең жө не ол тұ рақ гы шама (MN+MO+MP=AB=BC=AC). Тең бү йірлі ү шбү рыштың бұ л қ асиеттерінің салдарьшан ө те мащлзды екі қ асиет туындайды; тең бү йірлі ү шбұ рыштың ә йтеуір бір қ абырғ асьша, айталық АС-ғ а, жү ргізілген параллель (LS) бойынша ербір нү кте, осы қ абырғ ағ а қ арама-карсы тө беге (В) орналасқ ан компонент қ ү рамьшың тұ рақ тыльпьш кө рсетеді; ә рбір тө беден жү ргізілген тү зу (BG) бойьшдағ ы нү ктелер қ алғ ан екі компонент (А жә не С) концентрацияларьшың тү рақ ты қ атынаста болатыньш кө рсетеді.

Ү ш компонентті системағ а арналғ ан Гиббс ә дісі тең бү йірлі ү шбү рыштың бірінші қ асиетіне негізделген. Ү ш компонентті системаның қ ү рамьш сэтгі ө рнектеу мақ сатымен Гиббс ә дісі бойьшша ү шбү рыштың эрбір биіктігін онғ а, не жү зге бө ліп, осы нү ктелер арқ ылы эр қ абырғ аны параллель тү зулер жү ргізіп, ү шбү рьші ішін торлайды. Сө йтіп ү лкен ү шбү рышты он не жү з кіші ү шбұ рышқ а бө леді. Сонда, ондаіы эрбір бө лімнің ұ зындьпы 10 не Іпроцентке тең еледі екен.

Ү ш компонентті системаны Гиббс эдісімен талдау ү шін, ү шбү рышт^ы " К" (1-сурет) нү ктесін алып, сол нү ктеден ә рбір қ абырғ ағ а перпендикуляр тү зу жү ргізеді. Олардың эрқ айсысы ү ш компонентгің қ ү рамдық қ атынасьша сэйкес: мысалы, А компоненгінің процештік шамасы КҒ, В компоненгінікі-КЕ жә не С компонешінікі КД тү зулерімен сипатгалады. Демек, берілген нү ктеден ү шбұ рыш қ абьфғ аларьша жү ргізілген перпендикуляр шамасы, осы қ абьфғ ағ а қ арсы жатқ ан тө бедегі компонештің мө лшерін анық тайды екен.

Розебом эдісі тең бү йірлі ү шбұ рыштың екінші қ асиетіне негізделген. Бү л ө діс бойынша, тең бү йірлі ү шбұ рыштың эрбір қ абырғ асьша тең он не жү з белікке беледі де осы нү ктелер арқ ылы ө рбір қ абырғ ағ а параллель тү зулер жү ргізеді. Мү нда да ү лкен ү шбү рыш он не жү з кіші ү шбү рышқ а белініп, олардың ө рқ айсысыньш қ абырғ а ү зындығ ы 10 не 1 процентке тең еледі. Сонымен ү ш компонентгі системаның Розебом ө дісін пайдаланып қ ү рамын анық тау ү шін, тең қ абырғ алы ү шбү рьпптың берілген нү ктесіне (М) эрбір қ абырғ ағ а параллель тү зу жү ргізеді (МД, МО, MP).

Сонда А компоненгінщ проценті MP, В компоненгінікі МО жә не С компонентінікі МД тү зулерімен ернектеледі. Розебом ө дісі кең ірек қ олдану тапты, ейткені ү шбү рьпптың бір қ абырғ асы арқ ылы ү ш компонентгің де қ ү рамьш сипатгауғ а болады. Мысалы, AC қ абыртасьш 100 деп альш, MP=QG; MO=OQ жө не MN=AO екендігін ескерсек, берілген М нү ктесіндегі А компонентінің проценті Q, C, B компонешінікі QO жә не С компонентінің мө лшері АО тү зулерімен аның талады.

Енді осы ү ғ ымдарғ а сү йеніп, 2-суретте кө рсетілген ү ш компоненпі системаның балқ ығ ыштық кү йін қ арастьфайық. Альшғ ан ү ш компонент балқ ығ ан кезде ө зара жақ сы ериді, кристалданып, қ атайғ анда, қ атгы ерітінді бермейді жө не ө зара химиялық реакцияларғ а тү спейді. Ондай компонент мьфыш, кадмий жә не висмут болсьш. Енді осы ү шеуін бірге қ ыздьфып, балқ ыма алады. Сосын ол балқ ыманы бірқ алышъі, ете баяу салкындата бастаса, мырыштың, кадмийдің, висмутгаң жекеленген кристалдары пайда бола бастайды. Диаграмадағ ы А нү ктесі висмуттың 271''С-та балқ итынын не осы кезде кристалданатынын, ал В нү ктесі кадмийдің 321''С-та балқ ып, кристалданатынын жө не С нү ктесі системадағ ы ү шінші компонент 419, 4" С-та кристалданып, балқ итынын керсетеді. Мү ндаіы ә р қ абырғ а екі компонент системалардың кү йін ө рнектейгін диаграмма іспетгес: А AEjBBn-қ ыры висмут-кадмий системасын кө рсетсе, А АЕ^СС -қ ьфы висмут-мьфьпп системасьш, ал В ВЕзСС-қ ыры кадмий-мырьші системасын сипатгайды. Ондағ ы Ej, Е^, Е, нү ктелері ө здеріне сейкес келетін екі компонентті системалардың эвтектикалың нү ктесіне тең. AEjE^Ej, BEjE^Ej жә не CEjE^E^ - сызық тармен шектелген беттер, ә ртү рлі қ ұ рамдағ ы балқ ымадан висмуттың, кадмийдің жә не мьфыштың кристалданғ андағ ы бетгері. Сол сияқ ты Е, Е^-сызығ ы кадмий-висмут системасының эвтектикалық кристалдануын кө рсететін қ исық, Е^Е^-сызь^ы мырыш-кадмий компонентгерінщ эвтектикалық кристалдануын, ал Е^ нү ктесі мырыш-кадмий-висмутгың эвтектикалық кристалдануьш біріктіріп сипаттайды жә не оны ү штік эвтектика дейді.

Сү йық затгар арасың цаіъі қ атьшасты қ арастырайық. Берілген ү ш сү йық езара жақ сы, нашар еруі жә не мү лдем ерімеуі мү мкін. Сол

сияқ гы екі сү йық ө зара шексіз ерісе де, ү шінші зат бү лардың екеуінде, не тек біреуінде ғ ана еруі ық тимал. Ә рине, мұ ны алынғ ан компоненттердің табиғ атына, физикалық жә не химиялық қ асиеттеріне, кейбір ерекшеліктеріне орай қ арастырады. Мү нда да қ андай компонент қ алайша, қ андай қ атынасты араласатынын, қ ү рамын, ө зара ерігіштігін анық тау ү шін ү шбү рьппты диаграмма ө дістері пайдаланылады.

Егер езара араласпайтьш немесе шекгі еригік екі сү йық қ оспасына екеуің це де жақ сы еригін ү шінші сү йық ты қ осса, ә уелгі екі сү йық тың ортасынан ү шінші қ абат пайда болады. Бү л ү шінші компонентгің екі компонент арасында таралуы. Енді ү шінші компонентті ө те аз шамада альш, бірте-бірте кө бейткенмен оның осы алғ ашқ ы екеуінде таралуы (еруі) ө згеріссіз қ алады.

Мү ны да таралу коэффрщиенгі деді, ол температура тү рақ ты кезде системадағ ы басқ а затгардың бар-жоғ ына, таралатьш қ осылыстың мелшеріне тө уелсіз: С, /С₁=К₂.

Бү л қ атьшасты 1872 жылы Бергло мен Юнгфлейш су мен кү кіртгі кө міртек қ оспасында галогендердің таралуына негіздей жазғ ан. Ал, ө зара араласпайтьш екі сү йық арасьшда бірнеше заггың таралуы Нернст заң ьша (1880 ж.) бағ ьшады: екі фаза арасындағ ы басқ а компонештердің таралуы ондағ ы ө зге қ осылыстардың бар-жоғ ьша, мө лшеріне тө уелсіз, тек таралатьш компонентгерінің меншікті таралу коэффициентімен анық талады.

Таралу коэффициентін таралу заң ы деп те атайды. Оны термодинамикалық ә діспен де алуғ а болады. Ол ү шін берілген (I) жене екінші (II) компонентті тү рақ ты температурада қ арастьфады. Ә рине, екі фаза арасьшда таралатьш компонент ү шін тендік жагдайы орнағ ан сетге, ондағ ы екі фазадЕИ-ы химиялық потенциал езара тең болуы керек: Hi=M.j

немесе

Бү дан тү рақ ты температурада таралатьш затгардың I жене II фазадағ ы активтілік қ атьшастары тү рақ ты шама екені шьпады.

Ерітінділер жетклікті сү йытылғ ан жағ дайда активтілік орньша концентрацияны пайдалануғ а болады. Ә рине, концентрацияны ер

тү рлі белгімен ө рнектегенде, таралу коэффициегатерінің (К^ жө не К) шамасы да ө ртү рлі болады. Мұ ндайда қ андай ө лшемді қ олданудың басты кө рсеткіші-таралу коэффшшентгерінің тү рақ тылығ ы, мысалы, К^-таралу коэффшшеші таралатын затіъш, мө лшерін қ ашпа ө згертсе де тү рақ ты. Олай болса, егер еріген затіъщ бір фазадағ ы активтілігі белгілі болса, онда екінші еріткіштегі еріген фазаш> щ активтілігін анық тау ү шін жоғ ардағ ы тендеуді пайдалануғ а болады.

Ол ү шін таралатын затгың бірнеше ө лшемін алып, оларғ а сө йкес таралу коэффшщентін (KJ анық тайды да, оны нельге дейін жеткізіп, шексіз сү йытылғ ан ерітінділер арасындағ ы

таралу коэффшщентіне тең елетін " К" мө нін анық тайды. Онан ө рі осы анық талғ ан таралу коэффшшентінің мә ніне (К) жә не таралатьш компонентгің бір фазада белгілі болтан ахтивтілігін пайдаланып, екінші еріткіштегі активтілікті есептейді. Осы таралу коэффшхиентінің І-ден едө уір ө згешелігі болғ анда, бү л есептеу онан ә рі жең ілдейді, ө йткені ерітіндінің бірінде еріген затгың концентраіщясы ө те аз боланда оны шексіз сү йьггылғ ан ерітінді деп қ арастырып, системаның концентращіясы активтілікке тең деп ұ йгару керек. Ә лбетте " К" мө нін анық тағ аннан кейін активтілікті а'=ККц қ атьшаспен есептейді. Егер екінші ерітінді қ асиеті идеал ерітінді шартьша сай келсе, онда бү л қ атьшасты жалпы жм-дайда да пайдаланута болады. Таралу заң ьшан шың кдн саддарта сү йенсек, ерітің діде еріген затты бө ліп алу ү шін, оғ ан еріткіште не ерімейтін, не араласпайтьш сұ йьпсхы қ осады. Мысалы, бір кү рделі оргаішкальп(, қ осылыс суда еріген болса, оны таза кү йінде бө ліп алу ү шін, суды қ ыздырьш буландырьш ү шыру керек. Бү л аса сә тті емес, ө йткені біріншіден қ ыздыру ә серіне тазаланатьш қ осылыс тө зімсіз болуы мү мкін, екіншіден оның қ ұ рамьшың су кетсе де ө зге қ оспалар кэльш қ ояды. Ал, егер осы ерітіндіге сумен араласпайтын, мысалы бензол не қ ос этилді эфир сияқ гы қ осылыстарды қ осса, ә лгі суда еріген зат бензолғ а не эфирге ауысады. Сө йтіп, қ оспа екіге бө лінеді де керекті қ осылыс бензолга не эфирге ауысады. Мү ндай процесті экстраищя дейді.

Таралу коэффициентінің І-ден айырмасы қ осылатын еріткіш ү лесіне кебірек тиесілі болтан сайьш, экстракциялау процесі ө рі тиімді, ері ә серлі болады. Затгы толық беліп алу ү шін, экстракщіяны бірнеше рет кдйталағ ан жө н.

Мысалы, I жө не II еріткіштердің кө лемі Vj жө не Ү „ олардың таралу коэффициенті K^=C/C, j болсын. Егер II фазада моль зат еріп, ол I фазада болмаса, онда бірінші рет экстракциялатаннан затгың

II фазада хш молі кэлады. (мұ ндаң ы х-кэлғ ан затгың ү лесі). Соньпиен бірінші рет экстракциялатаннан кейінгі тепе-тендік концентрациясы:

Енді осы МӨ НДІ пайдаланьш, таралу коэффициеніін жазсақ:

Екінші рет экстракциялағ аннан кейін x^m моль зат қ алса, экстракцияны " і" per қ айталаганда • т моль

зат қ алады. Экстракциялаута қ ажетті еріткіштің бә рін бірден пайдаланбай, оны бө ліп, бірнеше рет қ айталап пайдалантанда, оның ө лдеқ айда тиімді болатыньш тә жірибе кө рсетіп отыр. Егер екі еріткіш арасың цаты екі затгың таралу коэффициештерінің мә ні ә ртү рлі болса, онда осы екі заггы экстракциялау арқ ылы жеке-бө ліп алуғ а болады. Ал, егер осы екі заттың таралу коэффициенттері нің шамасы жуық болса, онда экстракциялау процесін бірнеше рет қ айталаута тура келеда.

Лабораториялық жатдайда экстракциялау процесі арнаулы қ ондьфгылар аркылы жү зеге асырылса, ө ндірісте ү лкен колонналар мен тұ ндырғ ыштар; белуге арналтан шумектері бар ыдыстар пайдаланылады. Жалпы экстракциялау ө дісі аса НӨ ЗІК, кептеген физикалық жө не химиялық ендеуге тезімсіз қ осылыстарды тазалап, белуде жиі қ олданылады. Ол ө сіресе, дө рі-дә рмек жә не биологиялык қ осылыстарды ө ндіруде таптырмайтын тә сіл.,