CÂN BẰNG GIỮA DUNG DỊCH LỎNG VÀ PHA RẮN docx

Chương VI
CÂN BẰNG GIỮA DUNG DỊCH
LỎNG VÀ PHA RẮN
(SỰ HÒA TAN VÀ KẾT TINH)
I. Tính chất và nồng độ của dung dòch
II. Sự kết tinh của dd hai cấu tử
Hệ không tạo dd rắn, không tạo hợp chất hóa học
Hệ không tạo dd rắn, tạo hợp chất hóa học bền-khi kết tinh.
Hệ không tạo dd rắn, tạo hợp chất hóa học không bền-khi
kết tinh.
Hệ tạo dd rắn tan lẫn vô hạn.
Hệ tạo dd rắn tan lẫn có giới hạn.
I. TÍNH CHA
Á
T CAÙC DUNG DÒCH LOAÕNG
CHAÁT TAN KHOÂNG BAY HÔI
1. Độ giảm áp suất hơi của dung dòch
Đối với dd các chất tan không bay hơi, thì áp suất
hơi trên bề mặt dd là do hơi dung môi gây ra.
P = P
dung môi
=
=
−
00
11 1
.(1)
l
P
xP x
: áp hơi bão hoà của dung môi nguyên chất.

x : tổng phần mol các chất tan không bay hơi.
0
i
P
0
00
i
ii
PP
P
x
PP
−
Δ
==
Đònh luật Raoult II:
độ giảm áp suất hơi tương đối
của dd bằng tổng phần mol
các chất tan không bay hơi.
• 2. Độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm kết tinh
Độ tăng
điểm sôi
Độ hạ
điểm đông
Khi hòa tan một chất không bay hơi vào dd,
nhiệt độ sôi của hệ sẽ tăng và nhiệt độ đông đặc giảm
so với dung môi nguyên chất.
Độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm kết tinh của
dung dòch các chất tan không bay hơi tỉ lệ thuận
nồng độ molan của dung dòch:

ΔT
S
= K
S
.C
m
= T
Sdd
– T
Sdm
ΔT
Đ
= K
Đ
.C
m
= T
Đdm
–T
Đdd
K
Đ
: hằng số nghiệm đông
K
S
: hằng số nghiệm sôi
K
Đ
, K
S

chỉ phụ thuộc dung môi,
không phụ thuộc chất tan.
Đối với dd vô cùng loãng hoặc dd lý tưởng:
1
1
2
0
1000
M.T.R
K
λ
=
T
0
: nhiệt độ sôi (hay nhiệt độ đông đặc) của dung môi
M
1
: khối lượng phân tử dung môi
λ
1
: nhiệt ngưng tụ (hay nhiệt nóng chảy) của dung môi
• 3. AÙp suaát thaåm thaáu
Phần dd trong ống bán thấm có nồng độ C, phần
chất lỏng ngoài chậu là dung môi.
Do chênh lệch nồng độ, dung môi thấm qua
màng vào trong, mực chất lỏng trong ống dâng lên độ
cao h, tạo chênh lệch áp suất gọi là áp suất thẩm thấu:
Π = ρ.g.h
Áp suất Π phụ thuộc vào nồng độ dd và nhiệtđộ:
Π = C.R.T

Nếu chất tan điện ly: Π = i.C.R.T
với i là hệ số Van’t Hoff.
• 4. Các phương pháp xác đònh khối lượng phân tử
bằng thực nghiệm
-Phép nghiệm áp: dựa vào độ giảm áp suất hơi của dd
-Phép nghiệm sôi: dựa vào độ tăng điểm sôi của dd
-Phép nghiệm lạnh: dựa vào độ giảm nhiệt độ kết
tinh của dd
-Phép nghiệm thẩm thấu: dựa vào áp suất thẩm thấu
của dd
VI.2. SỰ KẾT TINH CỦA DUNG
DỊCH HAI CẤU TỬ
VI.2.1. HỆ KHÔNG TẠO DD RẮN, KHÔNG TẠO
HP CHẤT HOÁ HỌC
L=RB
AE
r
e
R
A và RB
RA=L
B
r'
T
a
L
A-B
b
a. Giản đồ nhiệt độ, thành phần:
AE

r
e
B
r'
T
a
b
L=RB
LA-B
RA=L
R
A và RB
(aeb) đường lỏng
biểu diễn điểm bắt
đầu kết tinh của
hỗn hợp
e: điểm eutecti
biểu diễn dd bão hoà hai cấu tử A-B, khi hạ nhiệt độ
A và B sẽ kết tinh đồng thời.
a, b: điểm kết tinh của A, B nguyên chất
(rr’) đường rắn
A
RA
a
T
r2
T1
l2
RC
E

e
H
B
RB
r'
Q
l1
Q2
b
T2
r1
T
t (thời gian)
u
s
t
r
q
b. Khảo sát quá trình đa nhiệt trên giản đồ (T-x)
Tại mỗi thời điểm: các điểm hệ, điểm rắn, điểm lỏng
là liên hợp, tuân theo quy tắc đòn bẩy.
Tại T
2
:
Hệ Q
2
= lỏng l
2
+ rắn r
2

22
22
2l
B
2
rQ
Q.l
g
g
gllượnglỏn
Blượngrắn
==
Tại T
e
:
hệ H = lỏng e + rắn chung R
C
.
eH
HR
chunglượngrắn
gelượnglỏn
C
=
CA
BC
RR
RR
Blượngrắn
Alượngrắn

=
hệ rắn chung R
C
= rắn A + rắn B
Quá trình kết tinh kết thúc khi điểm rắn chung
chạy đến điểm H.
c. Hỗn hợp eutecti:
Điểm e có nhiệt độ và thành phần là T
e
và x
e
Tại điểm eutecti, hệ lỏng A-B bão hoà cả hai cấu tử
A, B.
Bậc tự do:
c = k – f + 2 = 2 – 3 + 2 = 1
Khi P thay đổi, T
e
và x
e
thay đổi theo: T
e
= f(P)
và x
e
=g(P)
Nếu P = const: c = k – f + 1 = 2 – 3 + 1 = 0
Mỗi hệ có T
e
và x
e

đặc trưng
t (thời gian)
T
a
e
b
A E B
T
a
e
b
Nếu hạ nhiệt độ hỗn hợp eutecti, A và B sẽ kết tinh
đồng thời. Hệ kết tinh như một chất nguyên chất.
Ứng dụng của hỗn hợp eutecti:
- Tạo “thiếc hàn” nóng chảy ở nhiệt độ thấp
- Tạo các hỗn hợp sinh hàn: “muối – nước”
d. Quá trình kết tinh đẳng nhiệt (T = const)
Giữ nhiệt độ không đổi, thay đổi thành phần của hệ.
Xét hệ là dung dòch NaNO
3
30% mol, ở 55
o
C.
90
-30
0,200,4
H2O
0,6 0,8 1,0
NaNO3
30

0
h
Q
60
rml
T
C
o
Quá trình chưng đẳng nhiệt
ứng dụng trong công nghệ
CÔ ĐẶC DD
VI.2.2. HỆ KHÔNG TẠO DD RẮN, KHI KẾT TINH
TẠO HP CHẤT HOÁ HỌC BỀN
L=RB
RD=L
R
D=L
a
RD và RB
e1
RA và RD
A
E1 DE2
RA=L
e2
B
LD-B
d
LA-D
T

b
Cho hệ hai cấu tử A và B. Giả sử ở nồng độ nào đó, hệ
có phản ứng hóa học tạo chất D (D bền ở T< T
nóngchảy D
)
Các đường kết tinh của chất rắn:
ae
1
(Rắn A); e
1
de
2
(Rắn D); e
2
b (Rắn B)
Hai điểm eutectic:
e
1
(hệ AD)
e
2
(hệ DB)
L=RB
RD=L
R
D=L
a
RD vaứ RB
e1
RA vaứ RD

A
E1 DE2
RA=L
e2
B
LD-B
d
LA-D
T
Q2 Q1
b
a. Quaự trỡnh keỏt tinh ủa nhieọt:
l3l2l1
RD vaứ RB
E1
A
E2D B
RA=L
RA vaứ RD
e1
e2
LA-D
a
RD=L
R
D=L
L=RB
LD-B
T
Q

d
b
rD
rB
b. Quaự trỡnh keỏt tinh ủaỳng nhieọt, ủaỳng aựp:
r1
RD và RBRA và RD
A
D
p
L=RD
RA=L
RA
e
a
B
rB
T
b
L=RB
VI.2.3. HỆ KHÔNG TẠO DD RẮN, KHI KẾT TINH
TẠO HP CHẤT HOÁ HỌC KHÔNG BỀN
Cho hệ hai cấu tử A và B. Giả sử ở nồng độ nào đó,
hệ có phản ứng hóa học tạo chất D
(D chỉ tồn tại ở nhiệt độ T < T
p
và T
p
< T
nóng chảy D

)
Các đường kết tinh của
chất rắn:
ae (Rắn A)
ep (Rắn D)
pb (Rắn B)
e: điểm eutecti
p: điểm peritecti
(điểm chuyển tiếp)
Hệ có x
B
< x
B(
p)
, quá trình kết tinh diễn ra giống như hệ
không tạo dung dòch rắn, không tạo hợp chất hóa học
a. Quá trình đa nhiệt của hệ Q
1
(x
B
> x
B(D)
)
r1
l
(1)
RD và RBRA và RD
AD
p
L=RD

RA=L
RA
e
a
B
(2)
rB
rC
H
(3)
TT
b
Q1
L=RB
b. Quaự trỡnh ủa nhieọt cuỷa heọ Q
2
(x
B
= x
B(D)
)
Q
3
(x
B(p)
< x
B
< x
B(D)
)

L=RD
rB
RA=L
rC
DEA
RA vaứ RD
R
A
H
e
K
t (thụứi gian)
B
RD vaứ RB
l2
Q2
T
l3
I
d
p
a
Q3
T
(2)
(3)
r
1
b
L=R

1080
Q
a
00,2
Ag
1000
960
1040
l
o
T
C
b
0,4 1,00,80,6
Au
r
Pha rắn
H
Pha lỏng
VI.2.4. HỆ HAI CẤU TỬ TẠO THÀNH DD RẮN
TAN LẪN VÔ HẠN
Trong thực tế, có những hệ khi kết tinh tạo ra các
tinh thể hỗn hợp đồng thể như hệ Ag – Au.
Đường alb - đường lỏng,
biểu diễn các dd bão hòa
và bắt đầu kết tinh.
Đường arb - đường rắn,
biểu diễn các hệ rắn bắt
đầu nóng chảy.
Vùng giữa hai đường cong,

biểu diễn các hệ dò thể có
hai pha lỏng – rắn.
VI.2.5. HỆ HAI CẤU TỬ TẠO THÀNH DD RẮN
TAN LẪN CÓ GIỚI HẠN
a. Hệ có điểm eutectic
Hệ Pb – Sn thuộc loại này.
Sn
6
3
K
3'
Pb
100
Pha rắn
6'
r1
r
a
1
200
(P)
300
2
o
C
T
400
(P) = L
5
4

(S) = L
e
r
2
Pha lỏng (L)
3'
t (thời gian)
1'
b
(S)
2'
o
C
T
b
5'
4'