CHƯƠNG LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Điều kiện cân pha: Xét hệ dị thể bao gồm nhiều cấu tử nhiều pha nằm cân với Hệ tồn cân pha với điều kiện cân sau: Điều kiện cân nhiệt: cân bằng, nhiệt độ tất pha phải Điều kiện cân học: cân bằng, áp suất tác dụng lên tất pha Điều kiện cân hóa học: cân bằng, hóa cấu tử tất pha phải I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.2 Một số khái niệm: Pha: tập hợp phần đồng thể hệ, có thành phần hóa học tính chất vật lý, hóa điểm Số pha ký hiệu f Hợp phần: chất hợp thành hệ, hợp chất tách khỏi hệ tồn độc lập hệ Số hợp phần tổng số hợp phần, ký hiệu r Số cấu tử: số tối thiểu hợp phần đủ để tạo hệ, ký hiệu k - Số cấu tử số hợp phần độc lập - Nếu nồng độ chất giữ luôn không đổi số cấu tử giảm Bậc tự do: số thông số nhiệt động độc lập đủ để xác định hệ cân Ký hiệu c I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Quy tắc pha Gibbs: Quy tắc pha Gibbs quy tắc tổng quát áp dụng cho cân pha, cho phép xét định tính mối quan hệ thông số nhiệt động hệ cân dị thể từ tìm mối quan hệ định lượng thông số c = tổng thông số trạng thái – tổng phương trình liên hệ c=k–f+n Trong n hai thông số bên định trạng thái hệ (thường chọn áp suất nhiệt độ) Nên n = Nếu T = const P = const: c = k – f + Nếu T, P = const :c=k-f I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bài tập Tìm số hợp phần, số cấu tử, số pha độ tự hệ sau: Hơi rượu nguyên chất Benzen lỏng nằm cân với Dung dịch A bão hòa B nằm cân với A rắn áp suất không đổi Dung dịch A B nằm cân với chúng áp suất không đổi Dung dịch chất tan NaCl KCl nước nằm cân với muối NaCl rắn P = const Dung dịch chất tan NaCl KCl nước nằm cân với muối rắn NaCl KCl P = const I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bài tập Biết kg hỗn hợp phenol – nước với 40% khối lượng phenol bị phân thành hai pha Pha thứ chứa 70% khối lượng phenol pha thứ hai chứa 8% khối lượng phenol Xác định khối lượng pha I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bài tập Lấy 200 gam hỗn hợp chất lỏng A, B C Biết hỗn hợp chứa 20% khối lượng A cân tách thành lớp: - Lớp thứ có khối lượng 60 gam, chứa 50% A 20% B - Lớp thứ hai có chứa 80% B Hãy xác định thành phần cấu tử lớp I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.4 Giản đồ pha: Giản đồ pha gọi biểu đồ trạng thái biểu đồ mô tả phụ thuộc thông số trạng thái hệ nằm cân pha Giản đồ pha thường bao gồm đường, mặt vùng - Các đường dùng để mô tả phụ thuộc thông số nhiệt động - Các mặt không gian chiều mô tả phụ thuộc thông số nhiệt động - Các vùng giản đồ mô tả hệ có số lượng dạng pha xác định nằm cân Các vùng thường phân chia thành vùng đồng thể vùng dị thể I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.5 Cách biểu diễn giản đồ pha: - Đối với thông số nhiệt độ, áp suất hay thể tích: biểu diễn thông thường trục số Nếu khoảng giá trị rộng biểu diễn chúng dạng nghịch đảo loragit - Biễu diễn thành phần cấu tử: sử dụng phần mol phần trăm khối lượng Để biểu diễn ta dùng thẳng chia 100 phần Khi điểm biểu diễn hệ gần phía cầu tử phần trăm cao - Biểu diễn thành phần cấu tử: sử dụng giản đồ tam giác I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Khoảng cách từ đỉnh 10 A 100% tam giác đến cạnh đối diện thể phần trăm cấu 80% tử hỗn hợp 60% 40% 20% B 0% C I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 11 A Ví dụ : Xác định thành phần hỗn hợp M đồ thị M N K B C I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 12 A - Một điểm cạnh tam giác biểu diễn thành phần hỗn hợp cấu tử B 0% 20% 40% 60% 80% C 100% I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN A 13 Ví dụ: Xác định thành phần hỗn hợp M đồ thị %A =0 %B = 80% %C = 20% B C 14 A Ví dụ: Xác định thành phần hỗn hợp sau đồ thị M N K L B C I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 15 1.6 Các quy tắc giản đồ pha: Quy tắc liên tục: Các đường mặt P giản đồ pha biểu diễn phụ thuộc thông số nhiệt động hệ liên tục hệ không xảy biến đổi chất, thay đổi số pha dạng pha V I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 16 1.7 Các quy tắc giản đồ pha: Quy tắc đường thẳng liên hợp: Trong điều kiện đẳng nhiệt H = H1+ H2 đẳng áp, hệ phân thành hệ (hoặc tạo thành từ H2 hệ con) điểm biểu diễn hệ nằm đường thẳng gọi H đường thẳng liên hợp H1 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 17 1.7 Các quy tắc giản đồ pha: Quy tắc đòn bẫy Nếu có hệ liên hợp H, H1 H = H1+ H2 H2 lượng tương đối chúng tính toán theo quy tắc đòn bẫy Lượng hệ Lượng hệ = H2 HH2 H HH1 H1 Ví dụ: Xác định thành phần 18 A hỗn hợp H sau phối trộn hỗn hợp M với B nguyên chất theo tỉ lệ 2:1 M B C I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bài tập Lấy 200 gam hỗn hợp chất lỏng A, B C Biết hỗn hợp chứa 20% khối lượng A cân tách thành lớp: - Lớp thứ có khối lượng 60 gam, chứa 50% A 20% B - Lớp thứ hai có chứa 80% B Hãy xác định vị trí điểm biểu diễn lớp thứ nhất, lớp thứ hai vị trí hệ cấu tử giản đồ tam giác từ xác định thành phần cấu tử lớp 19 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.7 Các quy tắc giản đồ pha: Quy tắc khối tâm Nếu hệ gồm n hệ điểm biểu diễn phải nằm khối tâm vật lý đa giác có đỉnh điểm biểu diễn n hệ 20 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 21 Bài tập Một hệ H gồm cấu tử A, B C có khối lượng 100 gam Hệ H phân thành pha có thành phần tương ứng sau %A %B %C Hệ H 40 20 40 Hệ H1 70 10 20 Hệ H2 20 60 20 Hệ H3 20 20 60 Hãy tính khối lượng hệ END END [...]... các mặt P trên giản đồ pha biểu diễn sự phụ thuộc giữa các thông số nhiệt động của hệ sẽ liên tục nếu trong hệ không xảy ra sự biến đổi chất, sự thay đổi số pha hoặc dạng các pha V I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 16 1.7 Các quy tắc của giản đồ pha: Quy tắc đường thẳng liên hợp: Trong điều kiện đẳng nhiệt và H = H1+ H2 đẳng áp, nếu một hệ được phân thành 2 hệ con (hoặc tạo thành từ 2 H2 hệ con) thì điểm biểu diễn... CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 11 A Ví dụ : Xác định thành phần của hỗn hợp M trong đồ thị M N K B C I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 12 A - Một điểm bất kỳ trên cạnh tam giác biểu diễn thành phần hỗn hợp 2 cấu tử đó B 0% 20% 40% 60% 80% C 100% I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN A 13 Ví dụ: Xác định thành phần của hỗn hợp M trong đồ thị %A =0 %B = 80% %C = 20% B C 14 A Ví dụ: Xác định thành phần của các hỗn hợp sau trong đồ thị M... H2 thì lượng tương đối của chúng được tính toán theo quy tắc đòn bẫy Lượng hệ 1 Lượng hệ 2 = H2 HH2 H HH1 H1 Ví dụ: Xác định thành phần của 18 A hỗn hợp H sau khi phối trộn hỗn hợp M với B nguyên chất theo tỉ lệ 2:1 M B C I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bài tập 4 Lấy 200 gam hỗn hợp 3 chất lỏng A, B và C Biết rằng hỗn hợp chứa 20% khối lượng A và khi cân bằng nó tách thành 2 lớp: - Lớp thứ nhất có khối lượng... đó xác định thành phần các cấu tử trong mỗi lớp 19 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.7 Các quy tắc của giản đồ pha: Quy tắc khối tâm Nếu một hệ gồm n hệ con thì điểm biểu diễn của nó phải nằm ở khối tâm vật lý của đa giác có đỉnh là các điểm biểu diễn của n hệ con 20 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 21 Bài tập 5 Một hệ H gồm 3 cấu tử A, B và C có khối lượng là 100 gam Hệ H được phân thành 3 pha có các thành phần tương