Prawo Raoulta

Prawo Raoulta

Prawo Raoulta, sformułowane przez François-Marie Raoulta, opisuje zachowanie pary nasyconej nad cieczą o znanym składzie. Dla idealnych mieszanin wieloskładnikowych ciśnienie cząstkowe składnika „i” wyrażone jest równaniem:

$P\_i\; =\; x\_i^\backslash mathrm\; l\; P\_i^*,$

gdzie:

• $P\_i$ – ciśnienie cząstkowe składnika,
• $P\_i^*$ – ciśnienie pary nasyconej czystej substancji w tej samej temperaturze,
• $x\_i^\backslash mathrm\; l$ – ułamek molowy składnika w fazie ciekłej.

Całkowite ciśnienie pary nasyconej mieszaniny można obliczyć jako:

$P\; =\; \backslash sum\_\{i=1\}^n\; x\_i^\backslash mathrm\; l\; P\_i^*.$

Skład pary gazowej różni się zazwyczaj od składu cieczy:

$x\_k^\backslash mathrm\; v\; =\; \backslash frac\{x\_k^\backslash mathrm\; l\; P\_k^*\}\; \{\backslash sum\_\{i=1\}^n\; x\_i^\backslash mathrm\; l\; P\_i^*\}.$

Zgodnie z prawem Raoulta, faza gazowa jest bogatsza w składniki łatwiej lotne.

Zastosowania i odchylenia od prawa Raoulta

Prawo Raoulta obowiązuje w przypadku roztworów idealnych oraz dla roztworów rzeczywistych o podobnych składnikach, jak benzen i toluen. W przeciwnym razie, dla małych stężeń, zachowanie roztworów jest opisywane przez prawo Henry’ego, a dla stężeń pośrednich mogą występować znaczące odstępstwa.

Odchylenia od prawa Raoulta można klasyfikować jako:

• Dodatnie odchylenie – gdy ciśnienie pary nasyconej jest wyższe niż przewidywane,
• Ujemne odchylenie – gdy ciśnienie jest niższe.

Ekstremalne odchylenia mogą prowadzić do powstawania azeotropów, co komplikuje proces destylacji.

Prawo Raoulta wyjaśnia również podwyższenie temperatury wrzenia cieczy z substancjami nielotnymi, co wymaga ich ogrzania do wyższej temperatury. Różnice w składzie fazy ciekłej i gazowej umożliwiają stosowanie destylacji do rozdzielania mieszanin, jednak mieszaniny azeotropowe nie mogą być całkowicie rozdzielone w tym procesie.

Podsumowanie

Prawo Raoulta jest kluczowe w zrozumieniu zachowania mieszanin ciekłych oraz w procesach destylacji, umożliwiając określenie ciśnienia pary oraz składu faz. Jego zastosowania obejmują zarówno roztwory idealne, jak i rzeczywiste, z różnymi stopniami dokładności w zależności od stężeń składników.