Диаграммы состояния несмешивающихся жидкостей без взаимных границ

2. Диаграмма состояния температура кипения – состав для идеального жидкого раствора
На рисунке 6 приведена диаграмма температура кипения – состав (T – N) при постоянном давлении (диаграмма перегонки) для двух жидкостей, образующих идеальный раствор.
Точки a и b на рис.6 показывают температуры кипения чистых компонентов: T₁ = T_0,2 – температура кипения чистого компонента 1 (точка b); T₄ = T_0,1 – температура кипения чистого компонента 2 (точка a).
Нижняя кривая на рис. 6 – линия aceb – изображает зависимость температуры начала кипения от состава раствора. Ее называют линией кипения или линией испарения. Верхняя кривая adfb показывает температуру конца кипения, т. е. температуру, при которой вся жидкость превратится в пар. Эта же линия показывает температуру начала конденсации пара, если насыщенный пар охлаждать состав пара при постоянном давлении. Ее называют линией конденсации.



Ниже кривой aceb лежит область устойчивого существования одной жидкой фазы, выше кривой adfb – область устойчивого существования пара. Между кривыми aceb и adfb наблюдается такое сочетание температур и составов, при котором неустойчивая однофазная система распадается на две термодинамически устойчивые фазы – взаимно насыщенные раствор и пар. В этой области состав жидкости показывает линия aceb. Верхняя кривая adfb показывает состав пара, находящегося в равновесии с жидкостью. Например, при температуре T₂ точка e показывает состав жидкой фазы (точка e’ на оси абсцисс), а точка f показывает состав паровой фазы (точка f’ на оси абсцисс). При температуре T₃ точка c показывает состав жидкой фазы (точка c’ на оси абсцисс), а точка d показывает состав паровой фазы (точка d’ на оси абсцисс). Таким образом, из диаграммы состояния двухкомпонентной системы следует, что состав жидкости не совпадает с составом равновесного с нею пара. Из рисунка 6 видно, что пар по сравнению с жидкостью обогащен компонентом 2, температура кипения которого ниже. Эта закономерность была сформулирована как первый закон Коновалова-Гиббса:
В равновесной системе пар по сравнению с жидкостью обогащен тем компонентом, добавление которого понижает температуру кипения раствора при заданном давлении или повышает общее давление пара.
Компонент, имеющий более низкую температуру кипения, является более летучим. Кипение (образование пузырей в толще жидкости) происходит тогда, когда давление насыщенного пара над жидкостью становится равным внешнему давлению, и испарение с поверхности жидкости становится невозможным. Поэтому, чем больше давление насыщенного пара компонента, т. е. чем более летучий компонент, тем при более низкой температуре достигается равенство давления насыщенного пара и внешнего давления.
Первый закон Коновалова-Гиббса имеет большое значение в процессах разделения жидкостей методами перегонки и ректификации
Применение правила фаз, показывает, что в области существования одной фазы (жидкой или парообразной) число степеней свободы равно:

т. е. одновременно и произвольно можно менять и температуру, и состав системы. Для двухфазной системы

и произвольно можно менять либо температуру, либо состав одной из фаз.