Қонуни Раульт дар химия чист?
Дар химия, бахусус дар омӯзиши маҳлулҳо ва хосиятҳои физикии омехтаҳо, як мафҳуми муҳиме мавҷуд аст, ки аксар вақт барои шарҳ додани он ки чӣ гуна фишори буғи модда ҳангоми омехта бо моддаи дигар тағйир меёбад, истифода мешавад. Ин мафҳум бо номи Қонуни Раульт маълум аст. Ин қонун асоси фаҳмидани падидаҳои гуногуни ҳаррӯза ва равандҳои саноатӣ, аз қабили тайёр кардани атриёт, тозакунии спирт ва принсипҳои кори дистилятсия мебошад. Дар ин мақола таърифи Қонуни Раульт, формулаи он, мисолҳои татбиқи он, шароитҳое, ки дар онҳо татбиқ мешаванд ва маҳдудиятҳои он баррасӣ мешаванд.
Фаҳмидани Қонуни Раулт
Қонуни Рауль қонунест, ки мегӯяд, фишори буғи қисман як ҷузъ дар маҳлули идеалӣ ба қисми молии он ҷузъ дар маҳлул мутаносиб аст. Ин қонунро бори аввал химики фаронсавӣ Франсуа-Мари Рауль дар охири асри 19 ҳангоми омӯзиши хосиятҳои маҳлулҳо пешниҳод кардааст.
Ба таври оддӣ, Қонуни Раульт барои посух додан ба саволи зерин кӯмак мекунад: "Агар ҳалкунанда бо моддаи дигар омехта карда шавад, фишори буғи ҳалкунанда чӣ гуна тағйир меёбад?" Ҷавоб: фишори буғи ҳалкунанда мувофиқи таносуби ҳалкунандае, ки дар омехта мавҷуд аст, кам мешавад.
Формулаи қонуни Раульт
Барои ҳалли идеалӣ, ки аз ду ҷузъ иборат аст (масалан, A ва B), Қонуни Раультро чунин навиштан мумкин аст:
\[
P_A = X_A \cdot P_A^0
\]
Маълумот:
– \( P_A \) = фишори буғи қисмании ҷузъи A дар маҳлул
– \( X_A \) = ҳиссаи молии ҷузъи А дар маҳлул
– \( P_A^0 \) = фишори буғи ҷузъи холиси A (дар ҳамон ҳарорат)
Агар дар маҳлул ду ҷузъ мавҷуд бошад, ки ҳарду ноустуворанд (ба осонӣ бухор мешаванд), пас фишори умумии буғи маҳлул чунин ифода карда мешавад:
\[
P_{total} = P_A + P_B = X_A \cdot P_A^0 + X_B \cdot P_B^0
\]
Ҳамин тариқ, фишори буғи умумии маҳлул ба ҷамъи фишорҳои буғи қисмании ҳар як ҷузъ баробар аст.
Мафҳуми фраксияи молӣ дар қонуни Раульт
Фраксияи молӣ ин таносуби шумораи молҳои як ҷузъ ба шумораи умумии молҳои ҳамаи ҷузъҳо дар маҳлул аст. Формула чунин аст:
\[
X_A = \frac{n_A}{n_A + n_B}
\]
Маълумот:
– \( n_A \) = шумораи молҳои ҷузъи A
– \( n_B \) = шумораи молҳои ҷузъи B
Фраксияи молӣ ҳамеша қимати байни 0 ва 1 дорад. Агар фраксияи молии ҷузъ баланд бошад, саҳми он ба фишори буғи маҳлул низ калон аст.
Намунаи ҳисобкунии қонуни Раульт
Масалан, маҳлул аз ҷузъҳои A (ҳалкунанда) ва B (маҳлули идоранашаванда) тайёр карда мешавад. Маълум аст, ки:
– \( X_A = 0{,}7 \)
– \( P_A^0 = 100 \) мм симоб
Пас фишори буғи қисмании А дар маҳлул чунин аст:
\[
P_A = X_A \cdot P_A^0 = 0{,}7 \cdot 100 = 70 \text{ mmHg}
\]
Ин маънои онро дорад, ки фишори буғи ҳалкунандаи А пас аз омехта кардан дар маҳлул аз 100 мм симоб (ҳангоми холисӣ) то 70 мм симоб паст мешавад.
Агар B низ ноустувор бошад, масалан, \(X_B = 0{,}3 \) ва \(P_B^0 = 50 \) mmHg:
\[
P_B = 0{,}3 \cdot 50 = 15 \text{ mmHg}
\]
Пас, фишори буғи умумии маҳлул чунин аст:
\[
P_{умумӣ} = 70 + 15 = 85 \text{ мм симоб}
\]
Робитаи байни Қонуни Раульт ва коҳиши фишори буғ
Яке аз маъруфтарин татбиқҳои Қонуни Рауль шарҳ додани коҳиши фишори буғ ҳангоми илова кардани маҳлули ғайримутамарказ ба ҳалкунандаи ноустувор мебошад. Азбаски маҳлули ғайримутамарказ ба фишори буғ мусоидат намекунад, фишори буғи маҳлул нисбат ба ҳалкунандаи холис пасттар аст.
Дар амал, вақте ки сатҳи маҳлул бо зарраҳои ҳалшуда "пур" мешавад, шумораи молекулаҳои ҳалкунандае, ки метавонанд ба фазаи газӣ гузаранд, кам мешавад. Дар натиҷа, фишори буғ кам мешавад. Ин падида асоси хосиятҳои коллигативии маҳлулҳо мебошад, ба монанди:
- коҳиши фишори буғ
– баландшавии нуқтаи ҷӯшиш
– депрессияи нуқтаи яхкунӣ
– фишори осмотикӣ
Шартҳои татбиқи қонуни Рауль (ҳалли беҳтарин)
На ҳама ҳалҳо ба қонуни Рауль комилан риоя мекунанд. Ин қонун барои ҳалли идеалӣ, яъне барои ҳалҳое, ки ба шартҳои зерин ҷавобгӯ мебошанд, беҳтар аст.
1. Қувваи ҷозиба байни молекулаҳои монанд ва гуногун қариб якхела аст.
Масалан, қувваҳои байни A–A, B–B ва A–B нисбатан баробаранд.
2. Дар байни ҷузъҳои маҳлул ягон реаксияи кимиёвӣ ба амал намеояд.
3. Омехтакунӣ тағйироти назарраси ҳаҷмро ба вуҷуд намеорад.
4. Ҳарорати доимӣ (фишори буғ аз ҳарорат вобастагии зиёд дорад, аз ин рӯ ҳисобҳо дар ҳамон ҳарорат анҷом дода мешаванд).
Намунаҳои ҳалли ба идеал наздикшуда одатан омехтаҳои моддаҳое мебошанд, ки сохторҳо ва қутбиятҳои монанд доранд, масалан, баъзе омехтаҳои карбогидридҳо.
Инҳирофҳо аз қонуни Раульт
Дар амал, бисёр ҳалли воқеӣ аз Қонуни Раульт фарқ мекунанд. Ин инҳирофҳо ба инҳо тақсим мешаванд:
1. Инҳирофи мусбат
Вақте рух медиҳад, ки фишори умумии буғи маҳлул аз он чизе, ки Қонуни Рауль пешбинӣ кардааст, зиёдтар аст. Ин маънои онро дорад, ки таъсири мутақобилаи байни молекулаҳои гуногун (A–B) нисбат ба таъсири мутақобилаи байни молекулаҳои монанд (A–A ё B–B) заифтар аст. Молекулаҳо ба осонӣ бухор мешаванд ва фишори буғро зиёд мекунанд. Мисоли маъмул: омехтаи этанол ва об дар таркибҳои муайян ин рафторро нишон медиҳад ва метавонад азеотропро ташкил диҳад.
2. Инҳирофи манфӣ
Вақте рух медиҳад, ки фишори умумии буғ нисбат ба пешгӯии Қонуни Рауль камтар бошад. Ин вақте рух медиҳад, ки қувваҳои ҷозибаи A-B қавитар бошанд, аз ин рӯ молекулаҳо дар фазаи моеъ бештар "нигоҳ дошта" мешаванд ва эҳтимолияти бухоршавӣ камтар аст. Масалан, омехтаи ацетон ва хлороформ аз сабаби таъсири мутақобилаи қавӣ (масалан, пайвандҳои гидрогенӣ) инҳирофи манфиро нишон медиҳад.
Нақши қонуни Раульт дар дистилятсия ва саноат
Қонуни Рауль дар тарҳрезии равандҳо барои ҷудо кардани омехтаҳои моеъ, бахусус ҳангоми дистилятсия, муҳим аст. Дистиллятсия аз фарқиятҳои ноустувории ҷузъҳо истифода мебарад. Бо дарки фишори буғи қисман ҳар як ҷузъ, олимон ва муҳандисон метавонанд таркиби буғи дар болои маҳлул ташаккулёфтаро пешгӯӣ кунанд.
Барномаҳои воқеӣ инҳоро дар бар мегиранд:
– тозакунии спирт дар саноати нӯшокиҳо ва дорусозӣ
– коркарди нафт тавассути дистилятсияи фраксиявӣ
– истеҳсоли атрҳо ва эссенсияҳо, ки омехтаи моддаҳои бухоршавандаро дар бар мегиранд
– муҳандисии кимиёвӣ дар ҳисобҳои мувозинати буғ-моеъ
Маҳдудиятҳои Қонуни Раульт
Гарчанде ки Қонуни Раульт хеле муфид аст, он як қатор маҳдудиятҳо дорад, аз ҷумла:
– барои маҳлулҳое, ки таъсири мутақобилаи қавӣ доранд (масалан, маҳлулҳои электролитӣ, маҳлулҳо бо пайвандҳои гидрогении бартарӣ), дақиқ нестанд.
– барои консентратсияҳои хеле баланд дар системаҳои ғайриидеалӣ мувофиқ нест
– бе мафҳумҳои иловагӣ (масалан, коэффитсиентҳои фаъолият) рафтори маҳлулҳоеро, ки азеотропҳоро ташкил медиҳанд, шарҳ дода наметавонад.
Дар бисёр мавридҳо, олимон барои дақиқтар кардани пешгӯиҳо аз ислоҳот ба монанди коэффитсиентҳои фаъолият (дар термодинамикаи ҳал) истифода мебаранд.
Хулоса
Қонуни Раульт як принсипи асосӣ дар химияи маҳлулҳо мебошад, ки мегӯяд, фишори буғи қисман дар маҳлули идеалӣ ба фраксияи молии он мустақиман мутаносиб аст. Ин қонун ба мо имкон медиҳад, ки паст шудани фишори буғро дарк кунем, фишори умумии буғи омехтаро пешгӯӣ кунем ва равандҳои гуногуни ҷудокуниро, ба монанди дистилятсия, шарҳ диҳем. Аммо, ин қонун барои маҳлулҳои идеалӣ бештар мувофиқ аст ва метавонад аз маҳлулҳои воқеӣ бо таъсири мутақобилаи молекулавии қавӣ ё мураккаб дур шавад.
Агар шумо хоҳед, ман инчунин метавонам дар таҳияи версияи соддатари мақола барои донишҷӯёни синфҳои болоӣ/мактабҳои миёна ё версияи муфассалтар бо муҳокимаи коэффитсиентҳои фаъолият ва диаграммаҳои фаза кӯмак расонам.
