Изучение кристаллизации веществ из раствора системы бензойная кислота - камфора

1.4. Фазовые диаграммы состояния двухкомпонентных систем

Диаграмма состояния - графическое изображение зависимости какого-либо свойства системы от ее состава.

Диаграммы состояния строят по экспериментальным данным в координатах температура – состав. Они широко применяются при изучении различных минералов, силикатных систем, горных пород, металлических сплавов, водных растворов солей и др.

К основным типам диаграмм состояния двухкомпонентных конденсированных систем относятся:

1) диаграмма с простой эвтектикой;

2) диаграмма с образованием устойчивого химического соединения (конгруэнтно плавящегося);

3) диаграмма с образованием неустойчивого химического соединения (инконгруэнтно плавящегося);

4) диаграмма с неограниченной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии;

5) диаграмма с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (I и II вида);

6) диаграмма с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком состоянии.

Для таких систем при р = const, правило фаз Гиббса имеет вид:

С = Ф – 3. (6)

1.5. Бензойная  кислота.

Бензойная кислота, простейшая ароматическая кислота, C6H5COOH; бесцветные блестящие кристаллы. Впервые выделена возгонкой в начале 17 в. из бензойной смолы (росного ладана), отсюда и получила название. Температура плавления 122°С. Бензойная кислота хорошо растворяется в органических растворителях, в воде — плохо; легко возгоняется; перегоняется с водяным паром. Получают бензойную кислоту окислением толуола азотной или хромовой кислотой, а также декарбоксилированием фталевой кислоты.

Бензойная кислота в виде сложных эфиров и солей содержится в различных природных эфирных маслах, например гвоздичном. В медицине её применяют при кожных заболеваниях наружно как антисептическое (противомикробное) и фунгицидное (противогрибковое) средства, а натриевую соль бензойной кислоты — как отхаркивающее средство. Кроме того, натриевую соль Б. к. используют при консервировании пищевых продуктов. Сложные эфиры бензойной кислоты (от метилового до амилового), обладающие сильным запахом, применяют в парфюмерной промышленности. Различные производные бензойной кислоты, например хлор- и нитробензойные кислоты, широко применяют для синтеза красителей.

1.6. Камфора.

Бесцветные легколетучие кристаллы с характерным запахом; плохо растворима в воде, хорошо — в малополярных органических растворителях, в том числе в спиртах; существует в виде двух оптически активных форм ((d)− и (l)− формы, tпл 178,5—179 °C) и в виде рацемической смеси, tпл = 178—178,5 °C.

Камфора распространена в природе, входит в состав многих эфирных масел. Особенно много её в масле камфорного лавра (Cinnamonum camphora), базилика, полыней, розмарина. Эфирное масло камфорного лавра в XIX веке служило основным источником (d)− камфоры, натуральной (японской) камфоры.

Натуральную d-камфору получают из древесины или смолы камфорного лавра (Япония, Китай, Индонезия).

Полусинтетическую L-камфору получают из пихтового масла.

Синтетическую рацемическую-камфору в промышленности получают (в виде рацемической смеси) переработкой скипидара или его основного компонента — α-пинена. [2]

3. Экспериментальная часть

3.1. Построение диаграмм плавкости систем бензойная кислота - камфора.

Приборы и реактивы:

1. Капилляры
2. Бензойная кислота
3. Камфора
4. Технические весы
5. Модуль «Термический анализ»

 

Обоснование работы:

Для построения диаграммы состояния двухкомпонентной системы бензойная кислота и камфора методом термического анализа необходимо построить кривые охлаждения, как чистых компонентов, так и их смесей в различных соотношениях. Для построения этой диаграммы достаточно использовать несколько смесей содержащих различные концентрации компонентов во всем возможном диапазоне изменения концентраций.

Порядок выполнения работы:

1. Взвешиваем навески органических веществ в данных соотношениях:

№ пробы	1	2	3	4	5
Бензойная кислота	20%	40%	50%	60%	80%
Камфора	80%	60%	50%	40%	20%

 

Затем смешиваем эти вещества и засыпаем в капилляр. После запаиваем второй конец  капилляра.

2. Капилляр помещаем в блок и каждую смесь нагреваем до температуры на несколько градусов превышающей температуру полного плавления смеси, чтобы исследуемая система находилась в виде расплава. Далее необходимо провести постепенное охлаждение каждой ампулы с фиксированием значения  температуры через определенный интервал времени. Охлаждение ампул происходит в специальном измерительном блоке модуля.
3. Строим кривые охлаждения – графики зависимости температуры от времени охлаждения для каждой исследуемой  смеси, по полученным данным.
4. Обобщая результаты, полученные для всех смесей различного состава и для чистых компонентов, проводят анализ кривых охлаждения: по перегибам и температурным остановкам определяют температуры фазовых переходов для всех исследуемых смесей и для чистых компонентов.

На основании полученных данных строят фазовую диаграмму системы Бензойная кислота – Камфора. Проводим полный анализ полученной диаграммы.

3.2. Результаты  и выводы.

1. Состав:  Бензойная кислота 20%- Камфора 80%.

t	T
0	493
0,5	446
1	441
1,5	413
2	396
2,5	371
3	371
3,5	370
4	363
4,5	351
5	323
5,5	298
6	298

Т(начала кристаллизации)=

Т(конца кристаллизации)=

 

2. Состав: Бензойная кислота 40%- Камфора 60%.

t	T
0	500
0,5	463
1	434
1,5	431
2	421
2,5	401
3	370
3,5	368
4	363
4,5	351
5	323
5,5	298
6	298

Т(начала кристаллизации)=

Т(конца кристаллизации)=

 

3. Состав: Бензойная кислота 50%- Камфора 50%.

T	t
0	500
0,5	463
1	423
1,5	416
2	406
2,5	393
3	370
3,5	368
4	363
4,5	351
5	323
5,5	298
6	298

Т(начала кристаллизации)=

Т(конца кристаллизации)=

 

4. Состав: Бензойная кислота 60%- Камфора 40%.

T	t
0	500
0,5	468
1	433
1,5	410
2	406
2,5	393
3	370
3,5	368
4	363
4,5	351
5	323
5,5	298
6	298

Т(начала кристаллизации)=

Т(конца кристаллизации)=

 

5. Состав: Бензойная кислота 80%- Камфора 20%.

T	t
0	500
0,5	468
1	433
1,5	388
2	384
2,5	371
3	370
3,5	368
4	363
4,5	351
5	323
5,5	298
6	298

Т(начала кристаллизации)=

Т(конца кристаллизации)=

По полученным данным  строим диаграмму плавкости  системы Бензойная кислота - Камфора.

T	%
178	0
176	10
173	20
168	30
161	40
150	50
137	60
105	70
114	80
120	90
122	100

 
 
Список литературы

1. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. – Москва : Высшая школа, 2001. -  С. 162-175.

2. Рудаков Г. А., Химия и технология камфоры, - Москва : Ленинград, 1961.

3. Физическая химия / Под ред. К. С. Краснова. – Москва: Высшая школа, 2001. – Т1.- гл. 15.