Kimyoda Raoult qonuni nima?
Kimyoda, xususan, eritmalar va aralashmalarning fizik xususiyatlarini o'rganishda, moddaning bug 'bosimi boshqa modda bilan aralashtirilganda qanday o'zgarishini tushuntirish uchun ko'pincha ishlatiladigan muhim tushuncha mavjud. Bu tushuncha Raoult qonuni sifatida tanilgan. Bu qonun atir tayyorlash, spirtni tozalash va distillashning ish tamoyillari kabi turli kundalik hodisalar va sanoat jarayonlarini tushunish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Ushbu maqolada Raoult qonunining ta'rifi, uning formulasi, qo'llanilish misollari, qo'llanilish shartlari va cheklovlari muhokama qilinadi.
Raoult qonunini tushunish
Raul qonuni - bu ideal eritmadagi komponentning qisman bug' bosimi eritmadagi ushbu komponentning mol ulushiga mutanosib ekanligini bildiruvchi qonun. Bu qonun birinchi marta fransuz kimyogari Fransua-Mari Raul tomonidan 19-asrning oxirida eritmalarning xususiyatlarini o'rganish jarayonida taklif qilingan.
Sodda qilib aytganda, Raoult qonuni quyidagi savolga javob berishga yordam beradi: "Agar erituvchi boshqa modda bilan aralashtirilsa, erituvchining bug 'bosimi qanday o'zgaradi?" Javob: erituvchining bug 'bosimi aralashmadagi erituvchining nisbatiga qarab kamayadi.
Raoult qonuni formulasi
Ikki komponentdan (masalan, A va B) iborat ideal yechim uchun Raoult qonunini quyidagicha yozish mumkin:
\[
P_A = X_A \cdot P_A^0
\]
Ma `lumot:
– \( P_A \) = eritmadagi A komponentining qisman bug' bosimi
– \( X_A \) = eritmadagi A komponentining mol ulushi
– \( P_A^0 \) = sof A komponentining bug 'bosimi (xuddi shu haroratda)
Agar eritmada ikkalasi ham uchuvchan (osongina bug'lanadigan) ikkita komponent bo'lsa, u holda eritmaning umumiy bug' bosimi quyidagicha ifodalanadi:
\[
P_{jami} = P_A + P_B = X_A \cdot P_A^0 + X_B \cdot P_B^0
\]
Shunday qilib, eritmaning umumiy bug 'bosimi har bir komponentning qisman bug 'bosimlarining yig'indisidir.
Raoult qonunida mol fraktsiyasi tushunchasi
Mol fraktsiyasi - bu komponentning mol sonining eritmadagi barcha komponentlarning umumiy mol soniga nisbati. Formula quyidagicha:
\[
X_A = \frac{n_A}{n_A + n_B}
\]
Ma `lumot:
– \( n_A \) = A komponentining mol soni
– \( n_B \) = B komponentining mol soni
Mol fraksiya har doim 0 va 1 oralig'ida qiymatga ega. Agar komponentning mol fraksiyasi yuqori bo'lsa, uning eritmaning bug 'bosimiga qo'shgan hissasi ham katta bo'ladi.
Raoult qonunini hisoblash misoli
Masalan, eritma A (erituvchi) va B (uchuvchan eruvchi) komponentlaridan tayyorlanadi. Ma'lumki:
– \( X_A = 0{,}7 \)
– \( P_A^0 = 100 \) mm simob ustuni
Keyin eritmadagi A ning qisman bug 'bosimi quyidagicha bo'ladi:
\[
P_A = X_A \cdot P_A^0 = 0{,}7 \cdot 100 = 70 \text{ mmHg}
\]
Bu shuni anglatadiki, A erituvchining bug 'bosimi eritmada aralashtirilgandan so'ng 100 mm sim. ust. dan (toza holatda) 70 mm sim. ust. gacha tushadi.
Agar B ham o'zgaruvchan bo'lsa, masalan, \(X_B = 0{,}3 \) va \(P_B^0 = 50 \) mmHg:
\[
P_B = 0{,}3 \cdot 50 = 15 \text{ mmHg}
\]
Shunday qilib, eritmaning umumiy bug 'bosimi quyidagicha:
\[
P_{jami} = 70 + 15 = 85 \text{ mmHg}
\]
Raoult qonuni va bug 'bosimining pasayishi o'rtasidagi bog'liqlik
Raoult qonunining eng mashhur qo'llanilishlaridan biri uchuvchan bo'lmagan eruvchi modda uchuvchan erituvchiga qo'shilganda bug' bosimining pasayishini tushuntirishdir. Uchuvchan bo'lmagan eruvchi modda bug' bosimiga hissa qo'shmagani uchun eritmaning bug' bosimi sof erituvchinikidan pastroq bo'ladi.
Amalda, eritma yuzasi erigan modda zarralari bilan "to'ldirilgan" bo'lganda, gaz fazasiga chiqib ketishi mumkin bo'lgan erituvchi molekulalari soni kamayadi. Natijada, bug 'bosimi pasayadi. Bu hodisa eritmalarning kolligativ xususiyatlarining asosi hisoblanadi, masalan:
– bug 'bosimining pasayishi
– qaynash nuqtasining ko'tarilishi
– muzlash nuqtasining pasayishi
– osmotik bosim
Raoult qonunini qo'llash shartlari (ideal yechim)
Hamma yechimlar ham Raoult qonuniga mukammal amal qilmaydi. Bu qonun ideal yechimlarga, ya'ni quyidagi shartlarga javob beradigan yechimlarga eng mos keladi:
1. O'xshash va turli molekulalar orasidagi tortishish kuchi deyarli bir xil.
Masalan, A–A, B–B va A–B orasidagi kuchlar nisbatan teng.
2. Eritmadagi komponentlar o'rtasida kimyoviy reaksiya sodir bo'lmaydi.
3. Aralashtirish hajmda sezilarli o'zgarishlarga olib kelmaydi.
4. Doimiy harorat (bug 'bosimi haroratga juda bog'liq, shuning uchun hisob-kitoblar bir xil haroratda amalga oshiriladi).
Ideallikka yaqinlashadigan yechimlarga misollar odatda o'xshash tuzilish va qutblanishga ega moddalar aralashmalari, masalan, ba'zi uglevodorodlarning aralashmalaridir.
Raoult qonunidan chetga chiqishlar
Amalda, ko'plab haqiqiy yechimlar Raoult qonunidan chetga chiqadi. Bu og'ishlar quyidagilarga bo'linadi:
1. Ijobiy og'ish
Eritmaning umumiy bugʻ bosimi Raul qonunida bashorat qilinganidan kattaroq boʻlganda yuzaga keladi. Bu shuni anglatadiki, turli molekulalar (A–B) orasidagi oʻzaro taʼsirlar oʻxshash molekulalar (A–A yoki B–B) orasidagi oʻzaro taʼsirlarga qaraganda kuchsizroq. Molekulalar osonroq bugʻlanadi va bugʻ bosimini oshiradi. Umumiy misol: maʼlum tarkiblarda etanol va suv aralashmasi bu xususiyatni namoyon qiladi va azeotrop hosil qilishi mumkin.
2. Salbiy og'ish
Umumiy bugʻ bosimi Raoult qonunida bashorat qilinganidan kamroq boʻlganda yuzaga keladi. Bu A–B jozibador kuchlari kuchliroq boʻlganda sodir boʻladi, shuning uchun molekulalar suyuq fazada koʻproq "ushlab turiladi" va bugʻlanish ehtimoli kamroq boʻladi. Masalan, aseton va xloroform aralashmasi kuchli oʻzaro taʼsirlar (masalan, vodorod bogʻlanishlari) tufayli salbiy ogʻishni namoyon qiladi.
Raoult qonunining distillash va sanoatdagi roli
Raoult qonuni suyuq aralashmalarni, ayniqsa distillashni ajratish jarayonlarini loyihalashda juda muhimdir. Distillash komponentlarning o'zgaruvchanligidagi farqlardan foydalanadi. Har bir komponentning qisman bug' bosimini tushunish orqali olimlar va muhandislar eritma ustida hosil bo'lgan bug'ning tarkibini oldindan aytib berishlari mumkin.
Haqiqiy ilovalar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
– ichimliklar va farmatsevtika sanoatida spirtni tozalash
– neftni fraksiyaviy distillash orqali qayta ishlash
– uchuvchan moddalar aralashmasidan foydalangan holda atirlar va essensiyalar ishlab chiqarish
– bugʻ-suyuqlik muvozanatini hisoblashda kimyoviy muhandislik
Raoult qonunining cheklovlari
Juda foydali bo'lishiga qaramay, Raoult qonuni bir qator cheklovlarga ega, xususan:
– kuchli oʻzaro taʼsirga ega eritmalar uchun aniq emas (masalan, elektrolit eritmalari, dominant vodorod bogʻlanishlariga ega eritmalar)
– ideal bo'lmagan tizimlarda juda yuqori konsentratsiyalar uchun mos emas
– qo'shimcha tushunchalarsiz (masalan, faollik koeffitsientlari) azeotroplarni hosil qiluvchi eritmalarning xatti-harakatlarini tushuntirib bera olmaydi.
Ko'pgina hollarda, olimlar bashoratlarni aniqroq qilish uchun faollik koeffitsientlari (eritma termodinamikasida) kabi tuzatishlardan foydalanadilar.
Xulosa
Raoult qonuni eritma kimyosidagi asosiy tamoyil bo'lib, ideal eritmadagi komponentning qisman bug' bosimi uning mol fraksiyasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligini ta'kidlaydi. Bu qonun bizga bug' bosimining pasayishini tushunish, aralashmaning umumiy bug' bosimini bashorat qilish va distillash kabi turli ajratish jarayonlarini tushuntirish imkonini beradi. Biroq, bu qonun ideal eritmalar uchun eng mos keladi va kuchli yoki murakkab molekulyar o'zaro ta'sirga ega haqiqiy eritmalarda undan chetga chiqish mumkin.
Agar xohlasangiz, men maqolaning o'rta maktab o'quvchilari uchun soddalashtirilgan versiyasini yoki faollik koeffitsientlari va faza diagrammalarini muhokama qilish bilan batafsilroq versiyasini yaratishda ham yordam bera olaman.
