Giản đồ pha, BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

GV: Nguyễn Bảo Việt


CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA

Quá trình

Chuyển pha

Bay hơi

Lỏng → Hơi

Ngưng tụ

Hơi → Lỏng

Nóng chảy

Rắn → Lỏng

Đông đặc

Lỏng → Rắn

Thăng hoa

Rắn → Hơi

Ngưng kết

Hơi → Rắn

Chuyển dạng thù hình

Rắn 1 → Rắn 2

Các hiệu ứng thưởng đi kèm quá trình chuyển pha là DH, DU, DV, DCp


CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA

Hiện tương thăng hoa của đá khô

Hiện tương ngưng kết hơi Iodine

Các dạng thù hình khác nhau của Cacbon


MỘT SỐ KHÁI NIỆM

Pha là tập hợp các phần đồng thể của một hệ, có cùng thành phần hóa
học và tính chất lý hóa ở mọi điểm. Ký hiệu f

Hợp phần là các chất hợp thành hệ, mỗi hợp phần đều có thể tách khỏi
hệ và tồn tại độc lập ngoài hệ. Số hợp phần ký hiệu là r

Số cấu tử là số tổi thiểu hợp phần đủ để tạo nên hệ. Ký hiệu k

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

k= r - q
Số các phương trình độc lập liên hệ nồng độ các hợp phần tại cân bằng

Ví dụ:

2SO3 = 2SO2 + 02

(r = 3 , q = 2, k = 1)


MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Bậc tự do c: số tối thiểu các thông số trạng thái cần thiết để xác định

trạng thái cân bằng của 1 hệ.

c = S (thông số trạng thái) - S (phương trình liên hệ)

Ví dụ:

P, T, V

Khí

(thông số trạng thái)

lý
tưởng

P.V = n.R.T
(phương trình liên hệ)
c=3–1=2


CÂN BẰNG PHA

Các quá trình nhiệt động nói chung và các quá trình dị thể nói riêng sẽ xảy

ra theo hướng san đều các thông số cường độ.

Cân bằng nhiệt độ

Cân bằng cơ học

Cân bằng pha

Cân bằng hóa học


QUY TẮC PHA GIBBS (1876)

c=k–f+n

(Số thông số bên ngoài tác động)
Ví dụ:
Hệ 1 cấu tử, 1 pha

c = 1 – 1 +2 = 2

2 thông số T,P

T, P độc lập

Hệ 1 cấu tử, 2 pha

c = 1 – 2 +2 = 1

2 thông số T,P

T=T(P)


GIẢN ĐỒ PHA
Hệ 2 cấu tử

A
0
0

M
0.2
20

0.4
40

B
0.6

60

0.8
80

x1 = 1 – x2; y1 = 100% - y2
A: xB = 0, xA = 1
B: xB = 1, xA = 0
M: xB = 0.4, xA = 0.6

1.0
100

xB
yB%


GIẢN ĐỒ PHA
Hệ 3 cấu tử
A
80

20
40

60

60

40

P

80
Tại P:

%A= 20%
%C = 40%
%B = 60%

B

20

40

20
60

%C

80

C


GIẢN ĐỒ PHA
Các dạng thường gặp

P

P

T
(T – x)

(P – T)

A

T
P

xB

(P – x)

B

A

xB

T
(T – P - x)

(P – T – V)
V

T

A

xB

B

B


QUY TẮC GIẢN ĐỒ PHA
Quy tắc liên tục

Các đường hoặc các mặt 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
quá trình biến đổi pha
P

g
Na2SO4

Lỏng = Hơi
Hơi
V

Na2SO4.10H20
t°C


QUY TẮC GIẢN ĐỒ PHA

Quy tắc đường thẳng liên hợp

Trong hệ đẳng nhiệt, đẳng áp, nếu một hệ gồm 2 hệ con thì điểm biểu
diễn của 3 hệ này cùng nằm trên 1 đường thẳng.

T

A

H1

H

H2

x1

x

x2

B


BÀI TẬP VÍ DỤ

1. Xác định số hợp phần, số pha trong phản ứng phân hủy muối
Amoni clorua

2. Có bao nhiêu cấu tử trong các hệ sau:

a. Nước tinh khiết
b. Dung dịch acid acetic
c. Phản ứng phân hủy MgCO3


THẢO LUẬN

1. Mục đích của việc xây dựng giản đồ pha

2. Tại sao nói cân bằng pha là một quá trình động ?


TÓM TẮT

-Ba trạng thái căn bản của vật chất là rắn, lỏng, khí.

-Có 7 quá trình biến đổi pha giữa 3 trạng thái này.
-Hai hoặc nhiều pha có thể cùng tồn tại trong những điều kiện nhiệt độ

và áp suất cho trước.
-Cân bằng pha là một quá trình động, các phân tử di chuyển qua lại
liện tục giữa các pha để đạt trạng thái cân bằng mà hầu như không thể

quan sát bằng mắt thường.
-Có nhiều giản đồ pha khác nhau nhưng phổ biến nhất là các giản độ
áp suất – nhiệt độ , nhiệt độ - thành phần.
-Các giá trị trên giản đồ pha được biểu diễn tuân theo các quy tắc pha
bao gồm quy tắc liên tục và đường thẳng liên hợp.

CÂN BẰNG PHA HỆ 1 CẤU TỬ
- Hệ 1 cấu tử là hệ chỉ gồm 1 chất nguyên chất.

- Ở trạng thái khí hoặc lỏng, hầu hết các chất chỉ tồn tại 1 pha.

- Quá trình chuyển pha luôn kèm theo những biến đổi tính chất của hệ.

•Hệ 1 pha: c=2, 2 thông số bên ngoài tự do
•Hệ 2 pha cân bằng: c=1, 1 thông số tự do và 1 thông số phụ thuộc

•Hệ 3 pha cân bằng: c=0, tất cả thông số bên ngoài xác định


CÂN BẰNG PHA HỆ 1 CẤU TỬ
Ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt chuyển pha

T
T .V

P


(Pt Clausius-Clapeyron I)

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến áp suất hơi bão hòa

P2
 1
1

ln
 (

)
P1
R T 2 T1


CÂN BẰNG PHA HỆ 1 CẤU TỬ
Các công thức xác định nhiệt độ sôi chất lỏng
Công thức Clapeyron:

Ln(P”dm)=A-B/Tsdm
Công thức Antoine

Ln(P”dm)=A-B/(C+Tsdm)

A, B, C : tra sổ tay hóa lý
P”dm : áp suất hơi bão hòa dung môi (mmHg)
Tsdm : nhiệt độ sôi dung môi (độ K)


CÂN BẰNG PHA HỆ 1 CẤU TỬ
Ảnh hưởng của áp suất tổng lên áp suất hơi bão hòa
V: (lit/mol)
0
0
P2 " Vlong.( P2  P1 )
ln


P1"
R.T

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt chuyển pha

d

 C p 
dT
T


CÂN BẰNG PHA HỆ 1 CẤU TỬ

Giản đồ pha của hệ 1 cấu tử


CÂN BẰNG PHA HỆ 1 CẤU TỬ

*A: triple point (0.00603 atm)

*B : normal melting point
*C: normal boiling point
*D: critical point

*X: triple point
*Y : normal sublimation point

*Z: critical point