BÀI 3: CÂN BẰNG LỎNG - RẮN Ngày thực hành: 30/09/2016 Sinh viên: Lê Thị Kim Thoa Chữ ký Lời phê Mục đích thí nghiệm I - Khảo sát cân dị thể pha lỏng- rắn hệ cấu tử kết tinh không tạo hợp chất hóa học dung dịch rắn - Xây dựng giản đồ pha xác định trạng thái eutecti hệ I Cơ sở lý thuyết: - Về nguyên tắc cân lỏng - rắn giống cân lỏng – Điểm khác cân bẳng lỏng – rắn không phụ thuộc vào áp suất - Phương trình Gibbs: - Sự phụ thuộc hệ cân lỏng- rắn vào nhiệt độ biểu diễn giản đồ pha II c=k-f+1 Phương pháp tiến hành Cân cân phân tích vào ống nghiệm diphenylamine naptalen có thành phần sau: Bảng khối lượng hóa chất ống nghiệm từ đến Ống Diphenilamin(g ) 5,5 7.5 10 Naphtalen 10 4,5 2,5 - Đun cốc nước sôi, nhúng ống nghiệm vào - Khi hỗn hợp ống chảy lỏng hoàn toàn lấy lau khô ống nghiệm bắt đầu theo dõi hạ nhiệt độ theo thời gian, phút ghi nhiệt độ lần - Tiếp tục theo dõi nhiệt độ hỗn hợp đông cứng lại - Sau hỗn hợp đông cứng, theo dõi nhiệt độ xuống đến 20 –30 oC ngưng III Kết thí nghiệm: Nhiệt độ (oC) Thời gian Ống Ống Ống Ống Ống Ống Ống Ống 90 87 93 75 76 89 96 76 89 82 89 67 68 83 90 69 85 77 76 62 61 78 84 63 84,5 71 69 58 60 72 78 59 84 66 64 55 57 67 74 57 83 63 62 52 54 63 69 54 82 58 50 52 60 65 53 80 56 48 49 57 61 52 78 55 47 47 54 58 51 10 76 54 45 46 51 55 51 11 75 44 45 49 52 50,5 12 74 43 43 47 50 50,5 13 72 42 42,5 45 48 50 14 70 41 41 43 46,5 50 15 69 40 42 45 50 16 68 39,5 40 44,5 50 17 66 39 39 43 50 18 64 38 38,5 42,5 49,5 19 62 37 38 42 49,3 20 61,5 36,5 37,5 41 49 21 61 36 37 40,5 48,5 22 60,5 35,5 36,5 40 48 23 60,5 35 36 24 60 34,5 35 25 33 34,5 26 31,5 34 27 31 33 28 30,5 29 30 48 30 Nhận xét giải thích Cân lỏng- rắn không phụ thuộc nhiều vào áp suất ( khoảng vài atm) - Trong giản đồ nhiệt độ - thời gian: Các đường (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8) giản đồ nhiệt độ - thời gian đường cong nguội lạnh tương ứng với thành phần cấu tử hỗn hợp khác Đường (1),(8) biểu diễn đường cong nguội lạnh Diphenilamin Naphtalen nguyên chất Ta nhận thấy đường (2),(3),(4),(5),(6),(7) có thời điểm mà đồ thị chúng đường nằm ngang Điểm ứng với trình kết tinh Eutecti (có kết tinh đồng thời Diphenilamin Naphtalen), dung dịch bão hòa hai cấu tử - Trong giản đồ nhiệt độ - thành phần Đường AED đường lỏng Đuờng AadD đường rắn Ở vùng phía đường lỏng hệ tồn trạng thái dung dịch đồng pha lỏng Ở vùng phía đường rắn hệ dị thể gồm hai pha Diphenilamin rắn Naphtalen rắn Ở vùng giới hạn hai đường rắn lỏng hệ tồn hai pha cân lỏng – rắn Điểm E gọi điểm Eutecti Đường cong AE mô tả nhiệt độ bắt đầu kết tinh rắn Diphenilamin từ dung dịch có thành phần nằm khoảng BC Đường cong AE mô tả cân rắn Diphenilamin dd bão hòa Diphenilamin nên mô tả phụ thuộc độ hòa tan rắn Diphenilamin vào nhiệt độ, gọi đường hòa tan Diphenilamin (hay đường kết tinh Diphenilamin ).Tương tự đường DE Ta hạ nhiệt độ hệ chất rắn trên, nhiệt độ hạ đến T điểm biểu diễn hệ chạy từ Q đến L1.Tại điểm L1 hệ bão hòa cấu tử Naphtalen nên tinh thể rắn Naphtalen kết tinh có điểm biểu diễn K 1.Bắt đầu từ hệ bao gồm hai pha cân với Độ tự c = k – f + = – + = ( P=const )  nhiệt độ hệ thay đổi thành phần pha lỏng thay đổi theo Khi điểm pha lỏng đạt điểm eutecti, dung dịch bão hòa hai cấu tử, từ chất rắn đồng thời kết tinh (cho đến toàn hệ trở thành rắn), giai đọan hệ bao gồm ba pha cân có c = k – f + = – + =  suốt trình kết tinh hai pha rắn từ dd, nhiệt độ hệ thành phần pha lỏng không thay đổi Dùng giản đồ nhiệt độ - thành phần ta khảo sát định tính định lượng trình cân lỏng – rắn xảy hệ hai cấu tử A-B IV Trả lời câu hỏi: Nhận xét thay đổi nhiệt độ kết tinh trình kết tinh dung dịch cấu tử với trình kết tinh dung dịch cấu tử? Đường nguội (hay đường kết tinh) cấu tử nguyên chất gồm nhánh gần dốc thẳng đứng, chứng tỏ có nguội nhanh, tới nhiệt độ kết tinh có đọan thẳng ngang chứng tỏ nhiệt độ không đổi; có nhiệt kết tinh tỏa bù vào chổ nhiệt nguội tự nhiên, kết cấu tử kết tinh nhiệt độ không đổi (dưới áp suất không đổi) Sau kết tinh xong nhiệt độ lại tiếp tục hạ thấp, lại có nhánh dốc, dốc nhánh Đối với hỗn hợp hai cấu tử theo thành phần khác nhau; đường nguội thọat đầu nhánh dốc gần thẳng đứng (nguội nhanh), tới nhiệt độ bắt đầu kết tinh nguội chậm lại có nhiệt kết tinh tỏa chưa đủ để làm cho nhiệt độ không đổi, điều phản ánh đường nguội nhánh dốc so với nhánh Sự kết tinh từ dung dịch cho tinh thể nguyên chất hai tinh thể lúc tùy thuộc vào thành phần cấu tử dung dịch so với thời điểm eutecti hệ Hỗn hợp eutecti gì? Ứng dụng? Ở áp suất không đổi, hỗn hợp eutecti kết tinh nhiệt độ không đổi theo thành phần ( phù hợp với độ tự c = 0) Hỗn hợp eutecti có tính chất giống hợp chất hóa học, song hợp chất hóa học mà hỗn hợp gồm tinh thể nhỏ, mịn hai pha rắn A B nguyên chất kết tinh xen kẽ vào Khi có tác động nhiệt độ áp suất bên c = k - f + = - + = 1, cho thấy áp suất thay đổi nhiệt độ kết tinh dd eutecti thay đổi mà thành phần cảu hỗn hợp thay đổi theo (như chất) Hỗn hợp eutecti có nhiều ứng dụng thực tế, ví dụ ta muốn có “ thiếc hàn” nóng chảy nhiệt độ thấp , ngưới ta trộn thiếc (to nc=232 oC) chì (to nc=327oC) theo thành phần thích hợp thu hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp 200oC  ... Đường AED đường lỏng Đuờng AadD đường rắn Ở vùng phía đường lỏng hệ tồn trạng thái dung dịch đồng pha lỏng Ở vùng phía đường rắn hệ dị thể gồm hai pha Diphenilamin rắn Naphtalen rắn Ở vùng giới... đường rắn lỏng hệ tồn hai pha cân lỏng – rắn Điểm E gọi điểm Eutecti Đường cong AE mô tả nhiệt độ bắt đầu kết tinh rắn Diphenilamin từ dung dịch có thành phần nằm khoảng BC Đường cong AE mô tả cân. .. hai pha cân với Độ tự c = k – f + = – + = ( P=const )  nhiệt độ hệ thay đổi thành phần pha lỏng thay đổi theo Khi điểm pha lỏng đạt điểm eutecti, dung dịch bão hòa hai cấu tử, từ chất rắn đồng