Chương 2: Hệ hai cấu tử 95 CHƯƠNG HỆ HAI CẤU TỬ 2.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Theo phương trình quy tắc pha ta có công thức tổng quát hệ là: F+p=K+2 Trong F: số pha p: số bậc tự K: số cấu tử Đối với hệ hai cấu tử số cấu tử K luôn 2, tùy theo số pha hệ ta có số bậc tự tương ứng đồng thời có tính chất đặc biệt cho hệ Số tướng Bảng 17 Số bậc tự Hệ Tam biến Nhị biến Nhất biến Vô biến Tập hợp pha nằm cân với hệ hai cấu tử có nhiều trường hợp khác Ví dụ: hệ vô biến, ta có 1- Bốn pha rắn 2- Ba pha rắn, pha lỏng 3- Hai pha rắn, hai pha lỏng 4- Hai pha rắn, pha lỏng 5- Ba pha rắn, pha Dựa theo kết bình thường hệ hai cấu tử có số pha cực đại số bậc tự cực đại ba, yếu tố ảnh hưởng đến cân hệ nhiệt độ, nồng độ áp suất Nếu ta thay đổi điều kiện áp suất, nhiệt độ hay nồng độ cân hệ bị phá vỡ Hệ silicat thường có pha lỏng pha rắn, pha khí không đáng kể, theo Vanhốp, hệ silicat thuộc hệ “ngưng kết” áp suất ảnh hưởng đến cân cân hệ Do phương trình quy tắc pha rút đơn vị F+p=K+1 95 Chương 2: Hệ hai cấu tử Số tướng 96 Bảng 10 Số bậc tự Hệ Nhị biến Nhất biến Vô biến Số bậc tự cực đại Trong yếu tố ảnh hưởng đến cân hệ chủ yếu nhiệt độ nồng độ hai cấu tử tạo nên hệ 2.2 BIỂU ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỆ HAI CẤU TỬ Trục thẳng xuất phát từ A B biểu diễn 100% cấu tử A B trạng thái nguyên chất, tương ứng nhiệt độ nóng chảy chúng TA TB Vùng phía A’EB’ (đường A’E EB’ gọi thủy tuyến) pha lỏng đồng nhất, số bậc tự p=K+1–p =2+1–1=2 Hệ lúc nhị biến, có nghóa hai yếu tố ảnh hưởng đến cân hệ nhiệt độ nồng độ Dưới biểu đồ trạng thái hệ hai cấu tử đơn giản nhất, có điểm Ơtecti (E) Hình 29 Trục A-B biểu diễn nồng độ cấu tử A B Tại A có 100% cấu tử A, 0% cấu tử B Tại B có 100% cấu tử B, 0% cấu tử A Theo định luật Raun Vanhốp: ta cho thêm lượng cấu tử khác hòa tan vào dung môi nguyên chất tạo thành dung dịch nhiệt độ chảy lỏng hay nhiệt độ jkết tinh bị giảm tùy theo lượng cấu tử hòa tan dung môi nguyên chất 96 Chương 2: Hệ hai cấu tử 97 Ví dụ hỗn hợp ban đầu M1 có hàm lượng so với M2 M3, nhiệt độ bắt đầu kết tinh t1 > t2 > t3 Đầu tiên hỗn hợp M1 nằm pha lỏng, đạt đến đường EB’ tương ứng với nhiệt độ t2, lúc pha lỏng có thành phần M1' = M1 bắt đầu xuất pha rắn B cân với pha lỏng có thành phần M1' Nếu tiếp tục giảm nhiệt độ thành phần pha lỏng thay đổi theo đường M1 → E pha rắn theo đường B ' → E Trong vùng EB’B ngày có nhiều pha rắn B tách khỏi pha lỏng, đạt nhiệt độ T lúc pha lỏng có thành phần trùng thành phần ơtecti (E) TE bắt đầu xuất A + B hay đồng thời A E kết tinh Khi giảm nhiệt độ tE ta thu đïc hỗn hợp học hai loại tinh thể A B, tương tự xét trình kết tinh M2 M3 2.3 ỨNG DỤNG QUY TẮC ĐÒN BẨY TRONG HỆ HAI CẤU TỬ Giả thiết pha lỏng có thành phần M1 làm lạnh đến nhiệt độ t '2 , tương ứng điểm p đường đẳng nhiệt M '2 , t '2 (xem hình 29) Áp dụng quy tắc đòn bẩy, ta có: Lượ ng pha lỏ ng có nh phầ n M'2 đoạ n t '2 p = Lượ ng pha rắ n B đoạ n pM'2 (1) Nếu làm lạnh hỗn hợp M1 tới nhiệt độ tE điểm ơtecti chưa bắt đầu kết tinh lúc hỗn hợp ban đầu dịch chuyển xuống điểm M1" , ta có: E M" Lượ ng pha lỏ ng ơtecti E = "1 Lượ ng n chấ t B tá ch đầ u tiê n EM1 (2) Nếu tE hoàn toàn đïc kết tinh pha lỏng không mà ta thu pha rắn Muốn tìm hàm lượng % pha lỏng hay pha rắn thời điểm cần xác định ta tính theo tỷ lệ sau: Ví dụ xét (1) Lượ ng pha lỏ ng có nh phầ n M'2 đoạ n t P = ' Lượ ng pha rắ n B + lượ ng pha lỏ ng có nh phầ n M2 đoạ n t '2 P + đoạ n M'2 P Nếu hỗn hợp M1 ban đầu ta chọn g, ta có Lượng pha lỏng M '2 = g t '2 P (%) M '2 t 42 Khi choïn g = 100%, ta có Lượng pha rắn B = g pM '2 M '2 t '2 97 Chương 2: Hệ hai cấu tử 98 Hình 30 Hệ 2CaO.Al2O3.SiO2 (G) CaO.Al2O3.SiO2 (A) Ví dụ: hệ Ghêlenhit –anorơhit Nhiệt độ nóng chảy Ghelenhit nguyên chất 15900C Nhiệt độ nóng chảy anorơhit nguyên chất 15500C Điểm ơtecti E có 50%A 50%G, tương ứng với nhiệt độ 13650C Kết trình kết tinh điểm K - Vùng phía G1EA1 vùng pha lỏng đồng nhất, có p = - Vùng E1G1E: vùng hai pha rắn G pha lỏng A có p = - Vùng EA1E2: vùng hai pha rắn A pha lỏng G có p = - Vùng E1E2AG: vùng hai pha rắn, rán A rắn G, có p = Quá trình kết tinh điểm K Điểm biểu diễn K K-N N N-P P P K1 Bảng 19 Nhiệt độ Thành phần pha lỏng > t1 K > t t1 K t1 K N t1 1365 N E 1365 Biến E