Hly1 ch 4

Chương IV
LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA
CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1
CẤU TỬ
IV.1 Các khái niệm chung
IV.2 Cân bằng pha trong hệ 1 cấu
tử
IV.3 Các giản đồ hệ 1 cấu tử :
nước, lưu huỳnh


CÂN BẰNG PHA
Ví dụ thực
tế
Sấy khô
Đọng
sương
Băng tan
Kết tinh
04/04/23

Sự chuyển
pha
Lỏn  Hơi
g
Hơi 
Lỏng
Rắn 
Lỏng
Lỏn 
607010 - Chương 4

Tên
quá
trình
Bay hơi
Ngưng tụ
Nóng
chảy
Đông
2


IV.1. CÁC KHÁI NIỆM
CHUNG

04/04/23

607010 - Chương 4

3


V.1.1. Các khái niệm: pha, hợp phần,
cấu tử, bậc tự do

Pha - số
 Phapha
là ftoàn bộ phần đồng thể
của hệ nằm ở trạng thái CB có
các thông số nhiệt động như

nhau.


Các pha trong hệ được phân chia
Nươ
bởi các bề mặt phân
chia phaHơi
.
ùc
đá
Nươ
ùc

Nươ
ùc

Hệ một
pha

Hệ hai
pha

Nước
đá
Nươ

ùc

Hệ ba
pha

Hệ
đồng
- Chỉ
gồm 1
pha thể
- Không có
bề mặt phân
chia pha

Hệ dị
thể hơn
-Có nhiều
1 pha
- Có bề mặt
phân chia pha
Nươ
ùc
đá
Nươ
ùc

Nươ
ùc

Hệ
đồng
thể

04/04/23

Hơi
Nước
đá
Nươ
ùc

Hệ dị thể
f >1
607010 - Chương 4

5




Hợp
phần

Là các chất hợp
thành hệ



Mỗi
hợp
phần
đều có thể tách
riêng và tồn tại

Số cấu
q
Số hợp
độc lập ngoài hệ
tửtối
k
phầnsố
r
Tổng
Số
Số các
các hợp
thiểu các
phương
phần trong hợp phần trình độc
hệ
đủ để
lập liên
tạo ra hệ hệ nồng
độ các
k = r – q hợp phần
ở cân
04/04/23

607010 - Chương 4

6


Ví dụ:

2SO3 (k) = 2 SO2 (k) + O2 (k)

Tính số
cấu tử
của hệ
khi cân
bằng:
Nếu ban
đầu chỉ
có khí SO3:

04/04/23

r= 3
q=

1K:c 

2
C SO
.CO2
2

2

C SO

const

3

k=r–q=3–1=
2
r= 3
q = 2K:c 

2
C SO
.CO2
2

2

C SO

const

3

CSO2= 2CO2

k=r–q=3–2=1

607010 - Chương 4

7




Là số tối thiểu
Bậc tự
những thông số cần
do C
thiết để xác định
trạng thái cân bằng
C = (thông
số
trạng thái) –
của
hệ.
(phương trình liên hệ)
 Thông số thành
Có 2 loại
phần: Ci hay xi
 Thông
số bên
thông số
ngoài: T, P, V …
Ví dụ: Đối với 1 chất khí là khí lý
- 4tưởng:
thông số trạng thái: T, 
V, C
P, =
n 4 – 1
- 1 phương trình liên hệ: PV ==nRT
3
04/04/23

607010 - Chương 4

8


IV.1.2. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG
PHA VÀ QUY TẮC PHA GIBBS
Quy luật chung: Các quá trình nhiệt
động nói chung và các quá trình dị
thể nói riêng sẽ xảy ra theo hướng
san
đều
thông
cường
độ. bố
Xét
một
hệcác
dị thể
gồm:số
k cấu
tử, phân

trong f pha.
Khi hệ đạt cân bằng thì sẽ
 thỏa 3 ĐIỀU

Cân
bằng
T

=
T
=
T
=…
KIỆN CÂN BẰNG PHA

nhiệt độ:
Cân bằng cơ
học:
Cân bằng
hóa học:

f
=
T
P  = P = P  = …
f
=
P
1 = 1 = 1 = … =
1f

2 = 2 = 2 = … =
04/04/23

607010 - Chương 4

f

9


Ví dụ: Trong không khí, xét áp suất
riêng phần của hơi nước trên nước
lỏng và nước đá ở các nhiệt độ:
Ở
PH2Olỏng = PH2Orắn = 4,579
OoC:  Hệ đạt cân
mmHg
bằng
Ở – PH2Olỏng = 3,158 mmHg
5oC:
PH2Orắn = 3,008 mmHg
 Hệ không cân bằng: nước
lỏng chậm đông sẽ tự chuyển
thành nước đá (lỏng  raén)
04/04/23

607010 - Chương 4

10


Nêu ra biểu thức toán để tính bậc tự
do của các hệ:
C = (thông số trạng thái) – (phương
trình liên hệ)
Công thức
tổng quát:

C=k–f+
n

04/04/23

k : số cấu tử trong
hệ
f : số pha trong hệ
n : số thông số
bên ngoài tác
động lên heä

607010 - Chương 4

11


Xét trường hợp
Thiết lập
có hai thông số
công thức
bên ngoài tác
Các điều kiện
cân bằng pha: động lên hệ: (T,
P)
n=2
T = T = T = …
- Số thông số
= Tf

trạng thái
=
P  = P = P  = …
(k+
= Pf
(k + 2)f
2)
- Số phương trình
1 = 1 = 1 = … =
dò liên hệ
= (k +
1f
ng



2)(f–1)+
2 = 2 = 2 = … =  C= (k+2)f
–(k +f 2)(f
2

2

2
f
2


f thông
số

–1)–f

……
k = k = k = … =
04/04/23

f

607010 - Chương 4

C=k–f
+2

12


Ví dụ:
Xét hệ nước lỏng
nguyên chất
k=
C=k–f+2=1–1
1
f = +2=2
1
Ý nghóa:
Hai thông số nhiệt động độc lập tác
động lên hệ là: T, P có thể thay đổi
tùy ý (trong một giới hạn xác định)
mà hệ vẫn chỉ gồm 1 pha lỏng (hệ

vẫn cân bằng).
04/04/23

607010 - Chương 4

13


Ví dụ: Xét hệ nước lỏng nằm cân
bằng với hơi nước
H2O (l) = H2O (h)
k= f = C=k–f+2=1–2+
1;
2
2=1
Ý nghóa: Hệ là nhất biến.
Để hệ vẫn ở trạng thái
bằng, khi 1 thông số thay
thông số còn lại sẽ phải
đổi theo liên hệ: T= f(P)
04/04/23

607010 - Chương 4

cân
đổi,
thay

14

CÁC QUY TẮC CỦA GIẢN ĐỒ
PHA
Giản đồ pha (giản đồ trạng thái)
là đồ thị 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)
-

04/04/23

(T-V)

(P-V)
607010 - Chương 4

15


Có các dạng: giản đồ không gian,
(P-T), (T-V), (P-V)

Giản đồ
trạng thái
không gian

của H2O
(P < 200
atm)
04/04/23

607010 - Chương 4

16


Giản đồ (P-T)
của H2O
(P < 200atm)

04/04/23

607010 - Chương 4

17


Giản đồ (TV) của H2O

04/04/23

607010 - Chương 4

18

Giản đồ
(P-V) của
H2O

04/04/23

607010 - Chương 4

19


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
phaP = f(T, xi) …
- Các mặt: P bằng
= f(T, V),
 mô tả sự phụ thuộc của 3
thông số ở điều kiện cân
- Các vùng: bằng pha
 mô tả các pha trong hệ nằm
cân bằng với nhau
Giản đồ pha là công cụ để nghiên cứu
định tính và định lượng các quá trình
chuyển pha, từ đó tính toán các thiết
04/04/23

607010 - Chương 4

20