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Binodalen und Konoden im Phasendiagramme von Dreikomponentensystemen - Wie liest man das GIBBSsche Dreiecksdiagramm?

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Dreikomponentensysteme ABC lassen sich sehr gut im GIBBSschen Dreiecksdiagramm visualisieren. Wenn wir 10 Mol A, 2 Mol B und 8 Mol C zusammen geben, erhalten wir 20 Mol: entweder eine homogene Mischung oder ein heterogenes Gemenge. In jedem Fall entspricht der Anteil der Komponente
A 50 Prozent, der Anteil der Komponente B 10 Prozent und der Anteil der Komponente
C 40 Prozent. Wir können diese 50 10 40 Mischung in ein
GIBBSsches Dreiecksdiagramm einzeichnen. Wir zeichnen zunächst ein gleichseitiges Dreieck Die obere Ecke entspricht Komponente A, die rechte Ecke entspricht Komponente B und linke Ecke entspricht Komponente C. Midtziehen Zweikomponentenmischungen entsprechen Punkte auf den Kanten und alle Dreikomponentenmischungen, die möglich sind, entsprechen einem Punkt auf der Fläche des Dreiecks. Bei der Skalierung muss man beachten, dass die Achsen nicht 90 Grad Winkel haben, sondern 60 Grad. Für die Komponente A spielt das noch keine Rolle, die Achse der Komponente A ist horizontal alle Mischungen mit 50 % A liegen auf dieser schwarz gezeichneten Gerade Unsere Dreikomponentenmischung
entspricht auf jeden Fall einem Punkt auf dieser Geraden. Für das Einzeichnen
der 10 % Komponente B müssen wir beachten dass die Skalierungsachse für B um 60 Grad geneigt ist. Alle Mischungen mit 10 % B liegen auf der rot eingezeichneten Gerade. Die Skalierung für die Komponente C ist in die andere Richtung um 60 Grad geneigt. 40 Prozent C entsprechen also der grünen Gerade. Alle drei Geraden treffen sich in einem Punkt das ist der Punkt, der der Mischung 50 10 40 entspricht. Hier sehen Sie das Gibbssche Dreiecksdiagramm der drei Komponenten Wasser Methanol und Ethanol. an diesem Beispiel kann man zwei wichtige Regeln im Dreiecksdiagramm erläutern. Wir betrachten die Komponente "unten rechts" Methanol. Jede Gerade, die parallel verläuft zur gegenüberliegenden Seite (Wasser-Ethanol) - wie zum Beispiel diese rote Linie hier - hat einen konstanten Anteil an Methanol. (hier etwa 30 % Methanol) Jede Gerade, die durch einen Eckpunkt verläuft, wie zum Beispiel diese grüne Gerade durch den "oberen" Eckpunkt Ethanol entspricht Mischungen mit einem konstanten Verhältnis Wasser zu Methanol haben. Im Gibbsschen Dreiecksdiagramm gilt das Hebelgesetz. Wenn wir zwei Ausgangsmischungen haben - entsprechend zwei Punkten - dann liegt die Mischung dieser beiden Ausgangszustände auf der Verbindungsgerade. Die genaue Lage des Mischungspunktes hängt entsprechend dem Hebelgesetz vom Mischungsverhältnis ab: Hebelarm 1 mal Menge Mischung 1 gleich Hebelarm 2 mal Menge Mischung 2. Die eben gezeigten Dreiecksdiagramme entsprachen homogenen Mischungen - im gesamten Dreieck war das System einphasig. Es gibt aber natürlich auch Gibbssche Dreiecksdiagramme mit Binoden. Oberhalb der Binode in diesem Diagramm ist das System homogen; unterhalb liegen das heterogene Zweiphasen-Gebiet. Hier sehen Sie das Phasendiagramm des Systems Wasser Chlorbenzol Aceton. Wasser und Aceton sowie Chlorbenzol und Aceton sind beliebig mischbar. Wasser und Chlorbenzol bilden eine Mischungslücke, die sich mit zunehmendem Acetongehalt schließt. Die Mischung I entspricht einem 1:1 Verhältnis Wasser-Chlorbenzol -
ein heterogenes Gemenge - Wenn wir ein bisschen Aceton zugeben, kommen wir zum Zustand II - ebenfalls ein heterogenes Gemenge. Wenn wir ermitteln wollen, aus welchen Phasen das Gemenge besteht, müssen wir die Konode befragen: Die Konode schneidet an zwei Punkten die Binode. das Gemenge besteht aus einer organische Phase II o und einer wässrige Phase II w, welche nebeneinander vorliegen. Es gilt das Hebelgesetz: das Mengen-Verhältnis II o zu II w ist genau so groß wie das Verhältnis des linken Hebelarms zum rechten Hebelarm. Wenn wir weiter Aceton zugeben, kommen wir zum Zustand III, hier wird das System wieder homogen - wir haben eine Art kritischen
Punkt erreicht. Man kann in ähnlicher Weise am Gibbsschen Dreiecksdiagramm auch Extraktionen simulieren. Beachten Sie, dass die Konoden im Dreiecksdiagramm nicht - wie sonst üblich - üblich alle horizontal und parallel verlaufen - Wir müssen die
Lage der Konoden im Einzelnen angeben, um das Diagramm nutzen zu können. Hier ist die Zugabe von Aceton zu einem Wasser-Chlorbenzol-Gemenge
noch einmal dargestellt: Das Ausgangsgemenge aus Wasser und Chlorbenzol - wir geben etwas Aceton hinzu - und
erhalten zwei Phasen, die aus jeweils drei Komponenten bestehen. Wir geben noch
mehr Aceton hinzu oder erhalten schließlich die homogene Mischung III. Wasser und Öl sind nicht mischbar, bilden eine breite
Mischungslücke. Wir nehmen als dritte
Komponente ein Tensid dazu. dann kommen wir zu diesem Dreiecksdiagramm mit Binode.
Gemisch
Vorlesung/Konferenz
Physikalische Chemie
Gemenge
Gemisch
Vorlesung/Konferenz
Gemisch
See
Vorlesung/Konferenz
Erz
Aceton
Ausgangszustand
Gemisch
Chlorbenzol
Methanol
Vorlesung/Konferenz
Gemenge
Erz
Ethanol
Aceton
Vorlesung/Konferenz
Tensid
Aceton
Stickstofffixierung
Chlorbenzol
Lösungsmittel
Vorlesung/Konferenz
Aceton
Gemisch
Mischgut
Vorlesung/Konferenz
Mischungslücke
Tensid
Vorlesung/Konferenz

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Binodalen und Konoden im Phasendiagramme von Dreikomponentensystemen - Wie liest man das GIBBSsche Dreiecksdiagramm?
Serientitel Einführung in die Thermodynamik
Teil 41
Autor Lauth, Günter Jakob
Mitwirkende Lauth, Anika (Medientechnik)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/15684
Herausgeber Lauth, Günter Jakob
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch
Produktionsjahr 2013
Produktionsort Jülich

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik
Schlagwörter Physikalische Chemie
Thermodynamik

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