§ 78. Смеси жидкостей

Вещества, разреженные настолько, что взаимодействие между их молекулами играет малую роль, могут свободно смешиваться друг с другом. В этом смысле можно сказать, что все газы смешиваются в произвольных отношениях.

При смешивании же жидкостей возможны различные случаи. Существуют жидкости, смешивающиеся друг с другом в любых отношениях (например, спирт и вода). Взаимная же растворимость других жидкостей, напротив, ограничена, причем в самых различных степенях. Так, вода и керосин практически вовсе не растворяются друг в друге; в воде при комнатной температуре можно растворить не более 8% (весовых) эфира, и т. п.

Свойства взаимной растворимости жидкостей удобно изображать графически с помощью диаграммы, по оси абсцисс которой откладывается концентрация с смеси (например, в весовых процентах), а по оси ординат — температура (или давление, если мы интересуемся зависимостью растворимости от давления при заданной температуре).

На рис. 1 изображена такая диаграмма для смеси воды и фенола (СвНБОН). Одна из вертикальных осей соответствует 0% воды, т. е. чистому фенолу, а другая — чистой воде.

Все точки в незаштрихованных областях диаграммы соответствуют однородным смесям обеих компонент, а кривая, ограничивающая заштри хованную область, определяет предел их смешиваемости. Так при температуре, отвечающей горизонтальной прямой ае, точка b дает предельную растворимость воды в феноле, а точка d — границу растворимости фенола в воде. Если же смешать воду и фенол в количествах, отвечающих какой-либо точке с внутри заштрихованной области, то произойдет расслоение жидкости на два слоя, которые располагаются один под другим — более плотный снизу, менее плотный сверху. Эти два жидких слоя, сосуществующих в равновесии друг с другом, представляют собой две различные фазы. Одна из них есть насыщенный

раствор воды в феноле (изображаемый точкой Ь), а другая — насыщенный раствор фенола в воде (точка d). При этом легко показать (вполне аналогично тому, как это было сделано в § 66 для фазовой диаграммы жидкости и пара), что количества обеих фаз будут определяться тем же правилом рычага: они обратно пропорциональны длинам отрезков сЬ и cd.

Если взаимная растворимость двух жидкостей возрастает с повышением температуры, то может наступить момент, когда их смешиваемость станет неограниченной. Такой случай осуществляется, например, у фенола и воды — при температуре выше 70° С обе жидкости смешиваются в произвольных отношениях. Эту предельную температуру называют критической температурой смешения, а соответствующую точку К на фазовой диаграмме (рис. 1) — критической точкой смешения; эта точка по своим свойствам во многом аналогична критической точке для равновесия жидкости и газа.

Существуют также случаи, когда критическая точка является не верхним, а нижним пределом области ограниченной смешиваемости двух жидкостей. Таковы, например,

вода и триэтиламин (N(C2H5)S), смешивающиеся в произвольных отношениях при температурах ниже определенной критической температуры (рис. 2). Наконец, в некоторых случаях существуют две критические температуры — верхняя и нижняя, в интервале между которыми взаимная растворимость двух жидкостей ограничена. Такой случай имеет место, например, для смеси воды и никотина (рис. 3).