ちょどしてない！！デンノウ？

Daltonの法則、Raoultの法則、Henryの法則

twitter上でてんやわんやしてしまい。
くやしいのでまとめることにした。

発端は、
薬局に売ってる無水エタノールってなんだろう。
理論的にエタノールを100%濃縮できない理由ってなんだっけ。
という会話から。

回答

wikipediaによると。

共沸と精製
水とエタノールの混合液を蒸留によって、二つの成分に完全に分離することはできない。
これは水とエタノールが共沸をするためであり、
この時の共沸混合物はエタノールが96%（質量パーセント濃度）、水が4%であるため、
通常の蒸留によって得られるエタノールの最高濃度はおよそ96%である。
含水エタノールは酢酸エチルあるいはベンゼンなどの成分が存在すると、始留に水分が集まるようになる。
薬局方にある「無水エタノール」を作るときは、この三成分共沸によってさらに水分が除かれたのち、分別蒸留でさらに精製される。
http://ja.wikipedia.org/wiki/エタノール

関連法則の復習

"改訂第2版化学熱力学中心の基礎物理化学"を参照する。

Dalton,Raoult,Henryの法則が、ごっちゃになりそうなんで、復習です。

Pは、全圧。
pは、分圧。
iは、成分iを表す。

Daltonの法則

「全圧は、分圧の和。」
$P = p_A + p_B + p_C + ... = \sum p_i$

Raoultの法則

「溶液に含まれているある成分の蒸気分圧は、溶液中のその成分のモル分率に比例する。」
$p_i = x_{i}p_{i}^{*}$
$p_{i}^{*}$ は、成分iの純粋液体が示す蒸気圧。

Raoultの法則が全組成範囲で成り立つような溶液を、理想溶液という。

成分１と２からなる二相溶液を考えてみる。

$p_1 = x_{1}p_{1}^{*}$
$p_2 = x_{2}p_{2}^{*} = (1-x)p_{2}^{*}$

Daltonの法則より全圧Ｐは、以下となる。
$P = p_1 + p_2 = x_{1}p_{1}^{*} + (1-x_{1})p_{2}^{*} = p_{2}^{*} - (p_{1}^{*}-p_{2}^{*})x_{1}$

Henryの法則

内容的には、Raoultの法則とほぼ同じ感じだが、
Henryの法則に関しては、「理想希薄溶液」に関してのもの。

実際の溶液は非理想溶液であるが、
希薄領域においては理想溶液的に取り扱うことが出来る。

$p_{i} = k_{H}x_{i}$

Raoultの法則とは異なり、
「比例定数に純粋液体の蒸気圧ではなく、 $k_H$ を用いている」点に注目。

$k_H = p_{i}^{*}$ であれば、
Raoultの法則となる。

この法則は、
溶質が気体でなく、気体や他の液体の溶解の場合にも適用できるらしい。

発展

この話の次に、化学ポテンシャルの話が載ってるけど、省略！笑
さらに、実在の溶液に関してのGibbs-Duhemの式とかに展開していく。

興味のある人はどうぞ。