bài giảng cân bằng pha

BỘ
BỘ MÔN
MÔN CÔNG
CÔNG NGHỆ
NGHỆ HÓA
HÓA HỌC
HỌC

CÂN BẰNG PHA

GV: Đào Ngọc Duy


MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Pha (f)
Số hợp phần (r): tổng số các chất hợp thành hệ, mỗi hợp phần đều có thể tách ra khỏi
hệ và tồn tại độc lập ngoài hệ
Số cấu tử (k): số tối thiểu các hợp phần đủ để tạo ra hệ = số hợp phần độc lập đủ để
xác định trạng thái của hệ ở cân bằng – là một giá trị đặc trưng cho hệ: k = r – q
q: Số phương trình độc lập liên hệ nồng độ các hợp phần ở cân bằng


MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Bậc tự do (c)
Độ tự do: số thông số nhiệt động độc lập để xác định hệ ở cân bằng.
Thông số nhiệt động: thông số thành phần hệ (Ci, xi); thông số bên ngoài (T,P,…)
c = ∑thông số trạng thái - ∑phương trình liên hệ
c = 0: hệ vô biến
c = 1: hệ nhất biến
c = 2: hệ nhị biến

Qui tắc pha Gibbs
Nếu có n thông số bên ngoài tác động vào hệ thì:
c=k–f+n
Nếu chỉ có 2 thông số bên ngoài tác động vào hệ (T,P):
Nếu T hoặc P là hằng số: c = k – f + 1
Nếu cả T và P là hằng số: c = k - f

c=k–f+2


Điều kiện cân bằng pha
Cân bằng nhiệt độ: Tα = Tβ = Tγ = … = Tf
Cân bằng cơ học: P α = P β = P γ = … = Pf
Cân bằng hóa học:

µ1α = µ1β = µ1γ = … = µ1f
µ2α = µ2β = µ2γ = … = µ2f
………………………….
µkα = µkβ = µkγ = … = µkf


CÁC QUY TẮC PHA
1. Qui tắc liên tục


CÁC QUY TẮC PHA
2. Qui tắc đường thẳng liên hợp

CÁC QUY TẮC PHA
3. Quy tắc đòn bẩy


CÁC QUY TẮC PHA
4. Qui tắc khối tâm


Biểu diễn thành phần hệ 2 cấu tử
1. Qui tắc liên tục


Biểu diễn thành phần hệ 3 cấu tử
1. Qui tắc liên tục


CÂN BẰNG PHA TRONG
HỆ 1 CẤU TỬ
Quy tắc pha Gibbs: c = k – f + 2
Quy tắc pha Gibbs cho hệ 1 cấu tử
k = 1:
f=1⇒c=2
f=2⇒c=1
f=3⇒c=0


CÂN BẰNG PHA TRONG
HỆ 1 CẤU TỬ

CÂN BẰNG PHA TRONG
HỆ 1 CẤU TỬ


ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT TỔNG ĐẾN ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA

P + P’

Ptổng = P + P’

Hơi A + Khí ≠

Ghơi
Lỏng A

Glỏng
Lít/mol

atm

P2 V1 ( Ptong , 2 − Ptong ,1 )
ln =
P1
RT
Lit.at/mol.độ

atm


ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN NHIỆT CHUYỂN PHA λ

 ∂λ 
 ∂λ 
dλ = 
 dT +   dP
 ∂T  P
 ∂P T
dλ
λ
 ∂ ln ∆V 
= ∆C P + − λ 


λ = λ (T , P )

dT

T

- Đối với cân bằng lỏng – hơi hoặc rắn – hơi:

RT
∆V ≈ Vh ≈
P

dλ
= ∆C P
dT Định luật Kirchhof

- Đối với cân bằng lỏng – rắn: ∆V≈ 0

dλ
λ
= ∆C P +
dT
T



∂T

P


ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA
L = H (λ hóa hơi)
R = H (λ thăng hoa)
∆V ≈ (Vhơi – Vlỏng(rắn))
Phương trình Clausius – Clapeyron I

∆T T∆V
≈
∆P
λ

RT
∆V ≈ Vh ≈
P
d lg P
λ (cal )

=
dT
4,575T 2

d ln P
λ
=
dT
RT 2

dP
λ
≈
dT T∆V


ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA


d ln P
λ
=
dT
RT 2

1 λ
ln P = ∫ 2 dT + j
R T

Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp, xem λ là hằng số:

λ
ln P = −
+j
RT

lnP

j: hằng số hóa học

α

λ = − Rtgα

1/T

P = K .e − λ / RT

P

T


d ln P
λ
=
dT
RT 2

1 λ

ln P = ∫ 2 dT + j
R T

Trong khoảng nhiệt độ xác định T1 – T2: xem λ là hằng số

P2
λ1 1
ln = −  − 
P1
R  T2 T1 


ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT ĐẾN NHIỆT ĐỘ CHUYỂN PHA

Phương trình Clausius – Clapeyron I

∆T T∆V
≈
∆P
λ

dT
T∆V (ml )
=
dP 41,3.λ (cal )


GIẢN ĐỒ PHA CỦA NƯỚC

GIẢN ĐỒ PHA CỦA NƯỚC


HÒA TAN KHÍ TRONG CHẤT LỎNG
Định luật Henry:
Ở nhiệt độ không đổi, độ hòa tan (phần mol

Xi = kH.Pi

của chất tan torng dung dịch bão hòa) x i:
kH: hằng số henry, chỉ phụ thuộc nhiệt
độ, không phụ thuộc áp suất và bản chất
dung môi

Phạm vi áp dụng:

-Đúng cho dung dịch lý tưởng
-Chất tan dễ bay hơi của dung dịch vô cùng loãng


HÒA TAN KHÍ TRONG CHẤT LỎNG
Khí hòa tan vào kim loại lỏng: X2 (khí) = 2X (dd)

xi = k H . Pi
Định luật siverts

-Với dung dịch thực, áp suất cao, thường có sự sai lệch → thay nồng độ bằng hoạt độ
-Nếu vẫn sử dụng nồng độ → áp dụng phương trình thực nghiệm:
S = a + b.P + c.P2
S: độ tan

a,b,c: thông số thực nghiệm