PHA VÀ ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG PHA
- Cách tính số pha
- Điều kiện cân bằng pha
- Biểu diễn trên giản đồ pha
Pha và cách tính số pha
Số pha: f
f = số pha rắn + số pha lỏng + số pha khí
f= 1
Số pha khí
Số pha rắn Hợp kim vàng, Fe-Cu…
f ≥ 2
Hỗn hợp rắn, kim loại
2 hay nhiều khí chứa trong các không gian khác nhau à f ≥ 2 2 hay nhiều khí chứa trong 1 không gian à f=1
Pha và cách tính số pha
(f) = số pha rắn + số pha lỏng + số pha khí
Số pha lỏng phụ thuộc vào khả năng tan của CL
ü Các chất f = 1
lỏng tan đồng nhất với nhau
f ≥ 2
C6H12-H2O-CCl4
Dầu- H2O
ü Các chất lỏng ko tan hoàn toàn vào nhau
Hợp phần - Cấu tử
Hợp phần (r): là các chất tạo thành hệ, có thể tồn
tại độc lập
Ví dụ: dd NaCl có 2 hợp phần là muối ăn và nước
Số pt liên hệ (r): = số p.ư hoá học + pt liên hệ giữa các thông số
Cấu tử (k): số hợp phần độc lập (tối thiểu) à đủ
để x/đ hệ tại CB.
Mối liên hệ giữa r, q, k:
Số cấu tử (k) = số hợp phần (r) – số pt liên hệ (q)
Bậc tự do Cân bằng pha: Là TTCB của quá trình chuyển pha
(ko có sự biến đổi về mặt hoá học)
Bậc tự do (C): số TSNĐ tối thiểu ĐỦ để x/đ hệ tại CB
Thông số ngoài: T, P
Thông số trong: nồng độ, số mol...
Ý nghĩa của C: số TSNĐ biến thiên tuỳ ý mà không
ảnh hưởng đến CB pha
Điều kiện CB pha
(1,2,3..k)
(1,2,3..k)
pha 1 ! pha 2... ! pha3 ... ! pha f (1,2,3..k) (1,2,3..k)
f pha, mỗi pha có k cấu tử
Cân bằng nhiệt và cơ học
f
f
Cân bằng hoá học
f
T1 = T2 = T3 = ... = Tf P1 = P2 = P3 = ... = Pf 3 = ... = µ1 2 = µ1 1 = µ1 µ1 3 = ... = µ2 2 = µ2 1 = µ2 µ2 3 = ... = µk 2 = µk 1 = µk µk
ĐK CB pha
Động lực của qt chuyển pha
SAN BẰNG về T, P và hoá thế giữa các pha
VD H2O(l) = H2O (h) μ(H2O,l) > μ(H2O,h) à quá trình hoá hơi μ(H2O,l) < μ(H2O,h) à quá trình ngưng tụ
μ(H2O,l) = μ(H2O,h) à cân bằng lỏng-hơi
H2O(ℓ) " H2O(h) H2O(ℓ) " H2O(h) H2O(ℓ) " H2O(h)
Hệ kín Hệ mở
Thiết lập quy tắc pha Gibbs
Quy tắc pha Gibbs: qui tắc để x/đ bậc tư do C
k+2 dòng
(1,2,3..k)
(1,2,3..k)
f
pha 1 ! pha 2... ! pha ... ! pha f (1,2,3..k) (1,2,3..k)
f
C = ΣTSTT – Σ số pt liên hệ
f
T1 = T2 = T3 = ... = Tf P1 = P2 = P3 = ... = Pf 3 = ... = µ1 2 = µ1 1 = µ1 µ1 3 = ... = µ2 2 = µ2 1 = µ2 µ2 3 = ... = µk 2 = µk 1 = µk µk
Tổng số pt liên hệ = (k+2)(f-1) + f
Tổng số TSTT = k.f + 2.f = (k+2).f
(1)
1 pt liên hệ giữa các xi à 1 pt liên hệ giữa các μi
Suy ra C = (k+2)f – (k+2)(f-1) –f
C = k - f + 2
Áp dụng quy tắc pha Gibbs C = k - f +2
Ví dụ:
CaCO3(r) ! CaO(r) + CO2(k)
Số pha: f = 3 (1 pha khí + 2 pha rắn)
Số hợp phần: r = 3
Số pt liên hệ: q = 1. Suy ra k = 3 -1 = 2
àC = 2-3+2 = 1 “ 1 trong 2 thông số T, P biến đổi tuỳ ý, thông số kia phụ thuộc hàm của thông số kia” Nghĩa là: T= f(P) hoặc P= f(T)
Giản đồ pha Giản đồ pha: sự phụ thuộc các TSTT của 1 hệ trong CB pha
+ Các đường: T=f(x), P=f(x) (2 thông số)
+ Các mặt: T=f(x,y); P= f(V,x);.. (3 thông số)
+ Các vùng: T, P, x biến thiên tuỳ ý trong 1 giới hạn xác định mà
số pha, trạng thái pha ko đổi
B
C
T!
P!
T!
Rắn Lỏng
(P-T-V)!
P, atm 218 atm (P-T-V)!
(T-x-x)!
P!
V!
C!
4,579 mmHg
Hơi
O B!
T!
T!
D A
A! 374°C t°C
0,0099°C
x(h)
P!
B!
P!
T!
P-T!
T-x!
P-x!
P-x!
x(h)
T!
x!
x!
B!
Cách biểu diễn thành phần trên giản đồ pha
Hệ 2 cấu tử
à B tăng M2
B
ß A tăng M1!
A
0,1
0,2
0,3 0,4
0,5
0,6 0,7
0,8
0,9
1
0
xB→
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
0
%yB→
!
Hệ 3 cấu tử
A (100%)
%
%B
%A =
b
h
%A
c
%
P
%B =
%
B (100%)
C (100%)
Pa h Pb h Pc h
a
H
%C =
%C
!
Các quy tắc trên giản đồ pha
P
Quy tắc liên tục
!T
Lỏng
H
H1
H2
Lỏng = Hơi (2)
(1)
Hơi
V
A
B
x1
x2
!
Quy tắc liên hợp Hệ H = hệ H1 + hệ H2
Điểm 1: chuyển 1 pha
=
=
→ 2 pha
x Quy tắc đòn bẩy x 2 − x x − x1
HH2 HH1
Điểm 2: chuyển 2 pha
g1 g2 g1: khối lượng hệ H1 g2: khối lượng hệ H2
→ 1 pha
KẾT LUẬN
- Cách tính số pha
- Điều kiện cân bằng pha
- Các quy tắc của giản đồ pha
