………… o0o………… LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA - CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ Ch Ch ử ử ụng ụng IV IV LY LY THUYE THUYE T CAN BA T CAN BA ẩ ẩ NG PHA NG PHA CAN BA CAN BA ẩ ẩ NG PHA TRONG HE NG PHA TRONG HE 1 CA 1 CA U T U T ệ ệ IV.1 IV.1 Ca Ca ự ự c c kha kha ự ự i i nie nie ọ ọ m m chung chung IV.2 IV.2 Caõn Caõn ba ba ố ố ng ng pha pha trong trong he he ọ ọ 1 1 ca ca ỏ ỏ u u t t ửỷ ửỷ IV.3 IV.3 Ca Ca ự ự c c gia gia ỷ ỷ n n ủ ủ o o he he ọ ọ 1 1 ca ca ỏ ỏ u u t t ửỷ ửỷ : : n n ử ử ụ ụ ự ự c c , , l l ử ử u u huy huy ứ ứ nh nh IV.1. CA IV.1. CA Ù Ù C KHA C KHA Ù Ù I NIE I NIE Ä Ä M CHUNG M CHUNG Pha - số pha f Pha - số pha f V.1.1. V.1.1. Ca Ca ù ù c c kha kha ù ù i i nie nie ä ä m m : : pha pha , , hơ hơ ï ï p p pha pha à à n n , , ca ca á á u u t t ử ử , , ba ba ä ä c c t t ự ự do do ¾ ¾ Pha Pha la la ø ø toa toa ø ø n n bo bo ä ä pha pha à à n n đ đ o o à à ng ng the the å å cu cu û û a a he he ä ä na na è è m m ơ ơ û û tra tra ï ï ng ng tha tha ù ù i i CB CB co co ù ù ca ca ù ù c c thông thông so so á á nhie nhie ä ä t t đ đ o o ä ä ng ng nh nh ư ư nhau nhau . . ¾ ¾ Ca Ca ù ù c c pha pha trong trong he he ä ä đư đư ơ ơ ï ï c c phân phân chia chia bơ bơ û û i i ca ca ù ù c c be be à à ma ma ë ë t t phân phân chia chia pha pha . . Hệ đồng thể Hệ đồng thể Hệ dò thể Hệ dò thể - Chỉ gồm 1 pha - Không có bề mặt phân chia pha -Có nhiều hơn 1 pha - Có bề mặt phân chia pha Hợp phần Hợp phần ¾ ¾ La La ø ø ca ca ù ù c c cha cha á á t t hơ hơ ï ï p p tha tha ø ø nh nh he he ä ä ¾ ¾ Mỗi Mỗi hơ hơ ï ï p p pha pha à à n n đ đ e e à à u u co co ù ù the the å å ta ta ù ù ch ch riêng riêng va va ø ø to to à à n n ta ta ï ï i i đ đ o o ä ä c c la la ä ä p p ngoa ngoa ø ø i i he he ä ä Số hợp phần r Số hợp phần r Số cấu tử k Số cấu tử k So So á á to to á á i i thie thie å å u u ca ca ù ù c c hơ hơ ï ï p p pha pha à à n n đ đ u u û û đ đ e e å å ta ta ï ï o o ra ra he he ä ä To To å å ng ng so so á á ca ca ù ù c c hơ hơ ï ï p p pha pha à à n n trong trong he he ä ä k = r k = r – – q q q q So So á á ca ca ù ù c c ph ph ư ư ơng ơng tr tr ì ì nh nh đ đ o o ä ä c c la la ä ä p p liên liên he he ä ä no no à à ng ng đ đ o o ä ä ca ca ù ù c c hơ hơ ï ï p p pha pha à à n n ơ ơ û û cân cân ba ba è è ng ng V V í í du du ï ï : : 2SO 2SO 3 3 (k) = 2 SO (k) = 2 SO 2 2 (k) + O (k) + O 2 2 (k) (k) T T í í nh nh so so á á ca ca á á u u t t öû öû cu cu û û a a he he ä ä khi khi caân caân ba ba è è ng ng : : r = 3 q = 1 : Î k = r – q = 3 – 1 = 2 r = 3 q = 1 : Î k = r – q = 3 – 1 = 2 2 2 3 2 2 . SO SO O c CC K const C == Ne Ne á á u u ban ban ñ ñ a a à à u u ch ch æ æ co co ù ù kh kh í í SO SO 3 3 : : r = 3 q = 2 : C SO2 = 2C O2 Î k = r – q = 3 – 2 = 1 r = 3 q = 2 : C SO2 = 2C O2 Î k = r – q = 3 – 2 = 1 2 2 3 2 2 . SO SO O c CC Kconst C == Baọc tửù do C Baọc tửù do C ắ ắ La La ứ ứ so so ỏ ỏ to to ỏ ỏ i i thie thie ồ ồ u u nh nh ử ử ừng ừng thoõng thoõng so so ỏ ỏ ca ca n n thie thie ỏ ỏ t t ủ ủ e e ồ ồ xa xa ự ự c c ủ ủ ũnh ũnh tra tra ù ù ng ng tha tha ự ự i i caõn caõn ba ba ố ố ng ng cu cu ỷ ỷ a a he he ọ ọ . . V V ớ ớ du du ù ù : : ẹ ẹ o o ỏ ỏ i i vụ vụ ự ự i i 1 1 cha cha ỏ ỏ t t kh kh ớ ớ la la ứ ứ kh kh ớ ớ ly ly ự ự t t ử ử ụ ụ ỷ ỷ ng ng : : - - 4 4 thoõng thoõng so so ỏ ỏ tra tra ù ù ng ng tha tha ự ự i i : T, V, P, n : T, V, P, n - - 1 1 ph ph ử ử ụng ụng tr tr ỡ ỡ nh nh lieõn lieõn he he ọ ọ : PV = : PV = nRT nRT ẻ ẻ C = 4 C = 4 1 = 3 1 = 3 C = C = ( ( thoõng thoõng so so ỏ ỏ tra tra ù ù ng ng tha tha ự ự i i ) ) ( ( ph ph ử ử ụng ụng tr tr ỡ ỡ nh nh lieõn lieõn he he ọ ọ ) ) ắ ắ Thoõng Thoõng so so ỏ ỏ tha tha ứ ứ nh nh pha pha n n : : C C i i hay x hay x i i ắ ắ Thoõng Thoõng so so ỏ ỏ beõn beõn ngoa ngoa ứ ứ i i : : T, P, V T, P, V Co Co ự ự 2 2 loa loa ù ù i i thoõng thoõng so so ỏ ỏ IV.1.2. IV.1.2. Đ Đ IE IE À À U KIE U KIE Ä Ä N CÂN BA N CÂN BA È È NG PHA VA NG PHA VA Ø Ø QUY TA QUY TA É É C PHA GIBBS C PHA GIBBS Cân bằng nhiệt độ: Cân bằng nhiệt độ: P P α α = P = P β β = P = P γ γ = = … … = P = P f f Quy luật chung: Các quá trình nhiệt động nói chung và các quá trình dò thể nói riêng sẽ xảy ra theo hướng san đều các thông số cường độ. T T α α = T = T β β = T = T γ γ = = … … = = T T f f Cân bằng cơ học: Cân bằng cơ học: Cân bằng hóa học: Cân bằng hóa học: μ μ 1 1 α α = = μ μ 1 1 β β = = μ μ 1 1 γ γ = = … … = = μ μ 1 1 f f μ μ 2 2 α α = = μ μ 2 2 β β = = μ μ 2 2 γ γ = = … … = = μ μ 2 2 f f …… …… μ μ k k α α = = μ μ k k β β = = μ μ k k γ γ = = … … = = μ μ k k f f Xét một hệ dò thể gồm: k cấu tử, phân bố trong f pha. Khi hệ đạt cân bằng thì sẽ thỏa 3 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG PHA Nêu ra biểu thức toán để tính bậc tự do của các hệ: C = C = ∑ ∑ ( ( thông thông so so á á tra tra ï ï ng ng tha tha ù ù i i ) ) – – ∑ ∑ ( ( ph ph ư ư ơng ơng tr tr ì ì nh nh liên liên he he ä ä ) ) Công thức tổng quát: Công thức tổng quát: C = C = k k – – f + n f + n k : số cấu tử trong hệ f : số pha trong hệ n : số thông số bên ngoài tác động lên hệ Thiết lập công thức Thiết lập công thức T T α α = T = T β β = T = T γ γ = = … … = = T T f f P P α α = P = P β β = P = P γ γ = = … … = P = P f f μ μ 1 1 α α = = μ μ 1 1 β β = = μ μ 1 1 γ γ = = … … = = μ μ 1 1 f f μ μ 2 2 α α = = μ μ 2 2 β β = = μ μ 2 2 γ γ = = … … = = μ μ 2 2 f f …… …… μ μ k k α α = = μ μ k k β β = = μ μ k k γ γ = = … … = = μ μ k k f f Ỵ Ỵ C = C = k k – – f + 2 f + 2 Các điều kiện cân bằng pha: f thông số (k+2) dòng - Số thông số trạng thái = (k + 2)f - Số phương trình liên hệ = (k + 2)(f–1)+ f Ỉ C= (k+2)f –(k + 2)(f –1)–f Xét trường hợp có hai thông số bên ngoài tác động lên hệ: (T, P) n = 2 [...]... - Quy tắc khối tâm : (TỰ ĐỌC) - Quy tắc đòn bẩy: hệ H = hệ H1 + hệ H2 gH1 Lượng hệ H1 HH2 = = Lượng hệ H2 gH2 HH1 C T H1 H1 H H2 H H2 A x1 x x2 B A x1 x x2 B IV.2 CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ Xét đến sự cân bằng giữa các trạng thái tập hợp ng ng của 1 chất Pha lỏng, khí Pha lỏng, khí :: chỉ có 1 trạng thái tập hợp (trừ khí ng He) Pha rắn có thể có nhiều trạng thái tập hợp Pha rắn:: ng Sự chuyển pha. .. chất của hệ: ρ, CP,V, hiệu ứng nhiệt… ng C = 1 – f + 2 = 3 – f Hệ 1 pha: C = 2 Hệ 2 pha: C = 1 (f ≤ 3) Hệ 3 pha: C = 0 Ý Nghóa? IV.2 .1 Ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ chuyển pha nh ng Xét hệ 1 cấu tử tồn tại cân bằng 2 pha: ng pha α = pha β C =1 ở trạng thái cân bằng: T = f(P) ng ng Xét ở P, T xác đònh: - Khi có cân bằng ng G α = Gβ - Nếu thay đổi P → P + dP thì T → T + dT thành lập cân bằng mới:... k =1 f =1 Xét hệ nước lỏng nguyên chất ng C=k–f+2 =1 1+ 2=2 Ý nghóa: Hai thông số nhiệt động độc lập tác động lên hệ là: T, P ng ng có thể thay đổi tùy ý (trong một giới hạn xác đònh) mà hệ vẫn chỉ gồm 1 pha lỏng (hệ vẫn cân bằng) ng ng Ví dụ: Xét hệ nước lỏng nằm cân bằng với hơi nước ng ng H2O (l) = H2O (h) k = 1; f = 2 Ý nghóa: C=k–f+2 =1 2+2 =1 Hệ là nhất biến Để hệ vẫn ở trạng thái cân bằng, khi 1. .. đổi theo liên hệ: T= f(P) VI .1. 3 GIẢN ĐỒ PHA VÀ CÁC QUY TẮC CỦA GIẢN ĐỒ PHA Giản đồ pha (giản đồ trạng thái) là đồ thò mô tả sự phụ thuộc giữa các thông số trạng thái của một hệ nằm trong cân bằng pha Có các dạng: - Giản đồ không gian - (P-T) - (T-V) - (P-V) Một giản đồ pha bao gồm: - Các đường: P = f(T), T = f(V), P = f(x) … mô tả sự phụ thuộc của 2 thông số ở điều kiện cân bằng pha - Các mặt: P =... trục số - Thông số thành phần xi: Hệ 2 cấu tử A 0 0 M 0.2 20 B 0.4 40 0.6 60 0.8 80 xB 1. 0 10 0% yB% Hệ 3 cấu tử Quy tắc của giản đồ pha Quy tắc của giản đồ pha - Quy tắc liên tục: Nếu hệ không có sự thay đổi về chất, số pha hay dạng các pha thì các đường hay các mặt trên giản đồ sẽ liên tục - Quy tắc đường thẳng liên hợp: Ở điều kiện đẳng nhiệt đẳng áp: hệ H = hệ H1 + hệ H2 3 điểm biểu diễn của 3 hệ này... dT T ⎝ ∂T ⎠P IV.3 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỆ 1CẤU TỬ IV.3 .1 Giản đồ trạng thái của nước ng - Trong các vùng: ng f =1 C=2 -Trên các đường: hệ ng có 2 pha CB nhau f = 2 C= 1 - Tại điểm T : hệ có 3 pha cân bằng ng nhau f=3 C=0 - C là điểm tới hạn - ường BT tuân theo phương ng trình Clausius–Clapeyron I, có ΔP ΔT = 12 5 = −0,008 ΔT ΔP nên dốc đứng từ trái qua ng - ường CT, AT tuân theo phương ng trình Clausius–Clapeyron... khí khác ng ng Phương trình liên hệ: P2 V1ỏng ( Pt ,2 − Pt ,1 ) ln = P1 RT IV.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt chuyển pha nh ng Nhiệt chuyển pha phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất cân bằng: λ = λ(T,P), ta có phương trình: ng dλ λ ⎛ ∂ ln ΔV ⎞ = ΔCP + − λ ⎜ ⎟ dT T ⎝ ∂T ⎠ P - Cân bằng lỏng - hơi , rắn - hơi, có ΔV≈Vh≈ RT/P ng ng nên: dλ dT = ΔC P - Cân bằng rắn - lỏng,⎛ ∂ ln ΔV ⎞ rất nhỏ, nên: ng ng... phụ thuộc của 3 thông số ở điều kiện cân bằng pha - Các vùng: mô tả các pha trong hệ nằm cân bằng với nhau Giản đồ pha là công cụ để nghiên cứu đònh tính và đònh lượng các quá trình chuyển pha, từ đó tính toán các thiết bò trong dây chuyền công nghệ hóa học Cách biểu diễn các thông số nhiệ động trên giản đồ pha Cách biểu diễn các thông số nhiệttđộng trên giản đồ pha - Thông số bên ngoài P, V, T: Sử dụng... k.e - /RT Áp dụng phương trình Clausius - Clapeyron II : ng P2 λ⎛ 1 1⎞ ln = − ⎜ − ⎟ P1 R ⎝ T2 T1 ⎠ - Xác đònh áp suất hơi bão hòa khi thay đổi nhiệt độ (và ngược lại) - Xác đònh nhiệt chuyển pha đối với các cân bằng: Lỏng = Hơi ng ng Rắn = Hơi IV.2.3 Ảnh hưởng của áp suất tổng cộng đến áp suất hơi nh ng ng ng bão hòa Ptổng = Pbão hòa của các chất lỏng + Pcủa các khí khác ng ng Phương trình liên hệ: ... < 0 nên dP o (0 C:Vr= 1, 098; Vl =1, 001ml/g) IV.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến áp suất hơi bão hòa nh ng Xét hai cân bằng sau : ng Lỏng = Hơi + λhh ng Rắn = Hơi + λth RT Do Vh >> Vl, Vh >> Vr → ΔV ≈ Vh= P (xem khí là khí lý tưởng) ng Phương trình Clausius - Clapeyron II : dP λ = 2 PdT RT d ln P λ = 2 dT RT Các dạng tích phân: ng −λ P2 λ⎛ 1 1⎞ +j ln = − ⎜ − ⎟ ln P = RT P1 R ⎝ T2 T1 ⎠ λ( cal ) d lg P = . LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA - CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ Ch Ch ử ử ụng ụng IV IV LY LY THUYE THUYE T CAN BA T CAN BA ẩ ẩ NG PHA NG PHA CAN BA CAN BA ẩ ẩ NG PHA TRONG HE NG PHA TRONG. T γ γ = = … … = = T T f f Cân bằng cơ học: Cân bằng cơ học: Cân bằng hóa học: Cân bằng hóa học: μ μ 1 1 α α = = μ μ 1 1 β β = = μ μ 1 1 γ γ = = … … = = μ μ 1 1 f f μ μ 2 2 α α = =. Đ Đ O O À À PHA PHA Giản đồ pha (giản đồ trạng thái) là đồ thò mô tả sự phụ thuộc giữa các thông số trạng thái của một hệ nằm trong cân bằng pha. Có các dạng: - Giản đồ không gian - (P-T) - (T-V) -