Regola di Konowaloff: scopri come funziona e vedi esempi pratici
La regola di Konowaloff è un’importante regola empirica che descrive il comportamento della fase vapore rispetto alla fase liquida di una soluzione. Afferma che la fase vapore è più ricca del componente con un abbassamento della tensione di vapore quando è rimosso dalla fase liquida. Tranne per le miscele azeotropiche, la fase vapore di una soluzione ha una composizione diversa rispetto alla fase liquida con cui è in equilibrio a una determinata temperatura.
Ad esempio, consideriamo una miscela binaria composta da due liquidi volatili. La composizione della fase vapore sarà più ricca del componente più volatile rispetto alla fase liquida in equilibrio con essa. Il componente più volatile è il liquido con una pressione di vapore più elevata alla stessa temperatura. La regola di Konowaloff è fondamentale nel processo di separazione mediante distillazione, poiché sfrutta la diversa composizione della fase vapore e della fase liquida per separare i componenti di una miscela.
La legge di Dalton è un principio fondamentale della chimica che descrive il comportamento delle miscele gassose. Essa stabilisce che la pressione parziale di un componente di una miscela gassosa è proporzionale alla sua frazione molare e alla pressione totale della miscela. Pertanto, se consideriamo due componenti gassosi A e B, la pressione parziale di A (pA) è uguale al prodotto della sua frazione molare (YA) per la pressione totale della miscela (Pt). Lo stesso vale per il componente B.
Se uguagliamo le due equazioni, otteniamo:
XA * p°A = YA * Pt e XB * p°B = YB * Pt
Dividendo ambo i membri per XB * p°B, otteniamo:
(XA * p°A) / (XB * p°B) = YA / YB
Tenendo presente che la somma delle frazioni molari è pari a 1, possiamo scrivere:
XA = 1 – XB e YA = 1 – YB
Sostituendo questi valori nell’equazione precedente, otteniamo:
(1 – XB) * p°A / (XB * p°B) = 1 – YB / YB
Semplificando ulteriormente, otteniamo l’equazione finale:
[(1 – XB) / XB] * (p°A / p°B) = 1/YB – 1
Se assumiamo che la pressione di vapore di B sia maggiore della pressione di vapore di A (p°B > p°A), possiamo affermare che: 1/XB > 1/YB. Da qui si deduce che la frazione molare di B nella fase di vapore (XB) è maggiore della sua frazione molare nella fase liquida (YB).
Un grafico che rappresenta la pressione totale del vapore in funzione della composizione della fase liquida mostra una retta. Ad esempio, possiamo calcolare la composizione del vapore di equilibrio a 50°C per una miscela di benzene e tetracloruro di carbonio. A questa temperatura, la pressione di vapore del benzene è di 270 mmHg e quella del tetracloruro di carbonio è di 310 mmHg. Applicando la legge di Raoult separatamente ai due componenti, otteniamo i valori delle pressioni parziali. La pressione totale della miscela sarà la somma delle due pressioni parziali.
Utilizzando la legge di Dalton, possiamo calcolare la frazione molare di ciascun componente gassoso in equilibrio con la fase liquida. Ad esempio, la frazione molare del benzene (X benzene) è 0.466, mentre la frazione molare del tetracloruro di carbonio (X tetracloruro di carbonio) è 0.534. Quindi, mentre nella fase liquida la frazione molare del componente più volatile è 0.5, nella fase di vapore di equilibrio la sua frazione molare è più elevata e pari a 0.534.