2.2.2. Диаграмма растворимости двух солей в воде.

Для лучшего понимания свойств изотермы абсорбции паров воды техническим продуктом с гетерогенной примесью удобно анализировать её совместно с диаграммой растворимости двух солей. Для целей исследования гигроскопичности технических продуктов более наглядными являются диаграммы в координатах Енеке, которых в качестве координаты, характеризующей растворимость (вертикальная ось), используется ее обратная величина – влагосодержание (W), т.е. количество паров воды поглощенных продуктом в % масс. к сухому продукту, принимаемому за 100 %. Состав технического продукта (содержание примеси в % масс.) определяется по горизонтальной оси.

Рис. 2.2. Диаграмма растворимости двух солей: нитрата натрия и хлорид натрия при 25°С с изоактиватами - линиями постоянной относительной влажности воздуха над растворами: 1 – 68,3, 2 – 70,8, 3 – 72,7, 4 – 76,0 % отн. вл. в.

Прежде чем анализировать изотерму совместно с диаграммой, рассмотрим более подробно саму диаграмму растворимости (рис.2.2), а также расчет состава компонентов в некоторых точках.

Основными линиями диаграммы являются линии насыщенных растворов НЭ и ХЭ, основные точки:

0 – соответствует сухому чистому (100%) нитрату натрия,

100 - соответствует сухому чистому хлориду натрия,

Н - соответствует насыщенному раствору чистого нитрата натрия,

Х - соответствует насыщенному раствору чистого хлорида натрия,

Э - соответствует эвтоническому раствору, насыщенному обеими солями.

Поле разбавленных растворов, которое расположено выше линий насыщенных растворов НЭ и ХЭ, оно характеризует состав растворов и активность воды в них. Точки с одинаковыми активностью воды являются на этой диаграмме прямыми отрезками (изоактиватами), в рассматриваемом случае они идут параллельно друг другу. Изоактиваты ограниченны линиями насыщенных растворов или границами диаграммы. Точки, лежащие на линиях насыщенных растворов, относятся к растворам, насыщенным по нитрату натрия и хлориду натрия соответственно.

Рассмотрим произвольную точку Р, характеризующую разбавленный раствор двух солей. По диаграмме можно определить состав и свойства конкретного образца, например, массой 12 грамм, соответствующий этой точке:

- содержание 2-го компонента (NaCl): 50 % от суммы твердых веществ,

- содержание 1-го компонента (NaNO3): 100 – 50 = 50 % от суммы твердых веществ,

- содержание воды: 200 % к сумме твердых веществ,

- активность воды в этой точке, лежащей на линии постоянной относительной влажности αw,Р = 0,760.

Таким образом, образец массой в 12 грамм, соответствующий точке Р, содержит воды WобН2О = 12 * 200 / (100 + 200) = 8 грамм.

Следовательно, образец содержит 8 грамм воды и 4 грамма солей (2 г NaNO3 и 2 г NaCl) и представляет собой разбавленный раствор этих солей.

Точка Э определяет состав и свойства эвтонического раствора. По диаграмме находим:

- содержание 2-го компонента (NaCl): 30 % от суммы твердых веществ,

- содержание 1-го компонента (NaNO3): 100 – 30 = 70 % от суммы твердых веществ,

- содержание воды: 118 % к сумме твердых веществ

- активность воды в эвтоническом растворе, α*w = 0,672

Таким образом, образец массой в 12 грамм, соответствующий точке Э, содержит воды WобН2О = 12 * 118 / (100+118) = 6,5 грамм.

Следовательно, образец содержит 6,5 грамм воды, (12 – 6,5)*0,7 = 3,9 грамма NaNO3 и (12 – 6,5)*0,3 = 1,6 грамма NaCl.

Поле кристаллизации нитрата натрия 0НЭ характеризует образцы, содержащие кристаллы нитрата натрия, и раствор, насыщенный относительно нитрата натрия и содержащий хлорид натрия. Состав и свойства раствора, характеризуются точкой (Т*) на линии насыщенных растворов НЭ, полученной при проведении луча из нулевой точки через точку образца (Т) до линии насыщенных растворов. Этот луч одновременно является линией постоянной относительной влажности (изоактиватой).

Рассмотрим в этом поле образец, который характеризуется точкой Т. По диаграмме для этой точки напрямую можем определить содержание хлорида натрия (П = 1% масс.) в общей массе сухих солей по горизонтальной оси и содержание воды на сумму солей в образце (W = 11,3%) по вертикальной оси.». Расчет массы воды в образце (WобН2О) по массе образца (12 грамм):

WобН2О =12 * 11,3 / (100 + 11,3) = 1,2 грамма.

Но это состав образца, который состоит из кристаллов и раствора. Состав раствора и активность воды в нем определяется лучом, выходящим из точки 0 и проходящим через точку Т, а сами значения состава определяется в точке пересечения этого луча с линией насыщенных растворов НЭ - точкой Т*. По диаграмме для точки Т*:

- содержание воды в растворе: 113 % на 100 грамм сухих солей,

- состав солей: NaCl = 9 %, NaNO3 =91 % и

- активность воды: αw = 0,727.

Расчет массы раствора в образце (Мр-р) по массе воды (1,2) в образце Мр-р = 1,2 * (100 + 113) / 113 = 2,3 грамма.

Расчет общей массы солей в растворе (Мс,р-р) по массе раствора Мс,р-р = 2,3* 100 / (100 + 113) = 1.1 грамма.

Масса отдельных солей в растворе

МNaCl = 1,1 * 0,09 = 0,1 грамма,

МNaNO3 = 1,1 * 0,91 = 1,0 грамма.

Масса кристаллов в образце

Мкр = Моб - Мр-р = 12 – 2,3 = 9,7 грамма.

Общая масса солей в образце

Моб.с. = Мс,р-р + Мкр = 1,1 + 9,7= 10,8 грамма.

Поле кристаллизации хлорида натрия ЭХ100 - оно характеризует образцы, содержащие кристаллы хлорида натрия и раствор, насыщенный относительно хлорида натрия, содержащий нитрат натрия. Поле содержит изоактиваты, которые соединяют точки на линии насыщенных растворов ЭХ с точкой 100. Состав и свойства раствора, характеризуются точкой на линии насыщенных растворов ЭХ, полученной при проведении луча из точки 100 через точку образца до линии насыщенных растворов.

Поле кристаллизации нитрата натрия и хлорида натрия 0Э100 - несмотря на то, что это поле, состав всех растворов в этом поле характеризуется одной точкой Э - точкой эвтонического раствора. В точках этого поля образец содержит в разных соотношениях кристаллы двух солей - нитрата и хлорида натрия - и раствор, насыщенный относительно этих солей. Образец, соответствующий точке 0, будет представлять собой чистый нитрат натрия, соответствующий точке 100, будет представлять чистый хлорид натрия, а образец, соответствующий точке «Э», будет содержать только эвтонический раствор, без кристаллов.