הגדרה של חוק ראול

קנדלה רוסיו ברביסאן | פברואר 2022
מהנדס כימי

אולי, יש צורך להגדיר מחדש את המושג לחץ אדים, להבין אותו כלחץ שמפעיל הפאזה הגזית על שלב נוזלי (הן ב איזון), בשעה מסוימת טֶמפֶּרָטוּרָה במערכת סגורה. שיווי משקל דינמי זה מושג מהר יותר ככל שמשטח המגע בין השלבים גדול יותר, ובמצב זה אנו מדברים על שלבים רוויים, הן אדים והן נוזל רווי.

זֶה חוֹק הניח את אחד היסודות של ה תֶרמוֹדִינָמִיקָה בשנת 1887 ובעקבות ה הִגָיוֹן מחוק ראול אנו רואים שלחץ האדים של חומר יורד בערכו כאשר הוא עובר מטהור להיות חלק מתערובת. בהתבסס על האמור לעיל, ה ביטוי המתמטיקה של זה היא כדלקמן:

פ_אני = x_אניל פ_אני⁰

המשמעות היא שלחץ האדים החלקי של חומר i בתערובת, P_i, שווה ללחץ האדים של הרכיב הטהור, P_אני⁰, (באותה טמפרטורה) כפול שבר השומה שלו בשלב הנוזל, איקס_אניל.

כשמדברים על חוק זה, אנו מתייחסים לגרפים טיפוסיים כמו זה:

התמונה נלקחה מ-UCR3

זה פשוט גרפי זה מאוד שימושי להערכת לחצי אדים חלקיים כאשר חומר הוא חלק מתערובת, זה גם מאפשר לנו לתאר את ההרכב של ממיסים נדיפים של תערובת, בשלב הגזי שלה כמו גם רבים אחרים יישומים.

הביטוי המתמטי של חוק ראול צוין בכל גרף עבור מרכיבי התערובת A ו-B, במקרה זה, תערובת בינארית שנוצרה משני חומרים טהורים. על ציר האבססיס אנו רואים את השברים הטוחניים התואמים לכל רכיב (בשלב נוזלי), כשהם משמאל כמות גדולה יותר של רכיב B ובפרופורציה כמות קטנה יותר של רכיב A עד שהשבר המולרי של רכיב B הוא 1 ושל A הוא 0. בעוד שמימין, השבר של רכיב A עולה, עד שמתקבל רק רכיב A (xA=1). על ציר האורדינטות, בהתאמה, יש לנו את לחצי האדים של הרכיבים הטהורים, כלומר, כאשר רק בעל רכיב A (xA=1) יש לנו את לחץ האדים של אותו רכיב, ולהפך, הוא מתרחש על ציר האורדינאטה של שמאלה. במעבר, הלחץ הכולל של תערובת פאזת הגז אינו מתאים ללחץ האדים של כל אחד מהרכיבים. אלא לסכום הלחץ החלקי של מרכיביו (חוק דלטון), כל אחד מהם מוערך מחוק ראול.

יצוין כי לחוק המקורי יש שינויים המבוססים על חריגות מהאידיאליות של תרכובותיו. כאשר, בהתאם לכוחות הבין-מולקולריים שנכנסים לפעולה, יש אינטראקציות בין שניהם חומרים, זה יוצר סטיות, מכיוון שתהיה נטייה פחות או יותר של אחד מהם להישאר בשלב נוזל או לא.

בקיצור, כאשר הסטייה שלילית מחוק האידיאלי של ראול, הכוחות הבין-מולקולריים בתמיסה הם גדולים יותר מאשר ברכיבים הטהורים, לכן, הלחץ הכולל יהיה נמוך מה מְשׁוֹעָר. משמעות הדבר היא שכוחות ההדבקה חזקים יותר מכוחות ההדבקה, מה שמרמז שהרכיבים נשמרים בשלב הנוזלי של התערובת על ידי כוחות של מְשִׁיכָה גדול מאלה של נוזלים טהורים. מצד שני, אם הסטייה חיובית, הלחץ הכולל יהיה גבוה מהמשוער שכן הכוחות הבין-מולקולריים בתמיסה נמוכים יותר מאשר ברכיבים הטהורים. כאן, כוחות הלכידות בין מולקולות חשובים יותר מכוחות ההדבקה, לכן, לרכיבים קל יותר לעבור לשלב הגז.

בעיקר, חוק ראול מיושם בטכניקות תעשייתיות ועל סוּלָם מעבדה, בתהליכים כגון זיקוק וזיקוק חלקי.