CÂN BẰNG LỎNG - RẮN

Bài 4: CÂN BẰNG LỎNG - RẮN
Điểm

Lời phê của giáo viên

1.Tường trình thí nghiệm
1.1 Số liệu và giản đồ thực nghiệm
Thời gian
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

24
25
26
27

Ống 1
84
80
79
78
75
73
70
68
64
60

Ống 2
92
80
76
70
68
65
64
62
60
58
55.5
53

51
49
47
45
43.5
42
38
35
33.5
32
32
32
30

Ống 3
97
91
83
76
70
65
61
58
55
54
53.5
52
50
49
47.5

46
44.5
43
42
41.5
40.5
38.5
36
32
32
32
30

Nhiệt độ (oC)
Ống 4 Ống 5
99
90
93
77
86
73
78
68
70.5
63
64
59
59
53
55

51
51.5
48
49
45
47.5
43
45
41
43
39
41.5
38
41
32
38
32
36
32
34
31
32.5
30
32
32
32
30

Ống 6
97

90
83
77
70
65
61
56
53
51
48
46
44
43
41.5
40
38.5
38
37
36
34.5
32
32
32
30.5

Ống 7
90
85
79
73

68
61
57.5
53
50
49
48
46
45
44.5
43
40
36
32
32
32
30

Ống 8
95
87
81
74
68
62.5
60
59
57

GIẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ - THỜI GIAN


Ống
1
2
3
4
5
6
7
8

Khối lượng

Khối lượng

Thành phần % klg

Nhiệt

Diphenilamin (g)
0
2
4
5.5
7
7.5
9
10

Naphtalen (g)
10
8
6
4.5
3
2.5
1
0

của Diphenilamin
0
20
40
55
70
75
90
100

độ (oC)
79
76
61
47.5
39
34.5
49
60

GIẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ - THÀNH PHẦN


B

C

1.2 Nhận xét và giải thích
Cân bằng lỏng- rắn không phụ thuộc nhiều vào áp suất ( ở khoảng vài atm)
 Trong giản đồ nhiệt độ - thời gian:
Các đường (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8) trong giản đồ nhiệt độ - tgian ở trên là các
đường cong nguội lạnh tương ứng với thành phần cấu tử trong hỗn hợp khác nhau.
Đường (1),(8) biểu diễn đường cong nguội lạnh lần lượt của Diphenilamin và
Naphtalen nguyên chất.
Các điểm là điểm bắt đầu kết tinh của cấu tử Diphenilamin hoặc Naphtalen trong
hỗn hợp.
Ta nhận thấy các đường (2),(3),(4),(5),(6),(7) có cùng 1 thời điểm mà tại đó đồ thị
của chúng là những đường nằm ngang.Điểm đó ứng với quá trình kết tinh Eutecti (có
sự kết tinh đồng thời của cả Diphenilamin và Naphtalen, vì dung dịch bão hòa cả hai
cấu tử.


 Trong giản đồ nhiệt độ - thành phần:
Đường AED là đường lỏng
Đuờng AadD là đường rắn
Ở vùng phía trên đường lỏng hệ tồn tại ở trạng thái dung dịch đồng nhất 1 pha
lỏng
Ở vùng phía dưới đường rắn hệ dị thể gồm hai pha Diphenilamin rắn và

Naphtalen rắn.
Ở vùng giới hạn bởi hai đường rắn và lỏng hệ tồn tại hai pha cân bằng lỏng – rắn.
Điểm E gọi là điểm Eutecti.
Đường cong AE mô tả nhiệt độ bắt đầu kết tinh của rắn Diphenilamin từ những
dung dịch có thành phần nằm trong khoảng BC.
Đường cong AE mô tả cân bằng giữa rắn Diphenilamin và dd bão hòa
Diphenilamin nên nó mô tả sự phụ thuộc độ hòa tan của rắn Diphenilamin vào nhiệt
độ, vì vậy còn có thể gọi là đường hòa tan của Diphenilamin (hay đường kết tinh của
Diphenilamin ).Tương tự như vậy đối với đường DE


Ta hạ nhiệt độ của hệ 2 chất rắn trên, khi nhiệt độ hạ đến T 1 điểm biểu diễn hệ sẽ
chạy từ Q dến L1.Tại điểm L1 hệ bão hòa cấu tử Naphtalen nên tinh thể rắn Naphtalen
đầu tiên kết tinh ra và có điểm biểu diễn là K 1.Bắt đầu từ đó hệ bao gồm hai pha cân
bằng với nhau.Độ tự do c = k – f + 1 = 2 – 2 + 1 = 1 ( P=const )  nếu nhiệt độ của hệ
thay đổi thì thành phần của pha lỏng sẽ thay đổi theo.
Khi điểm pha lỏng đạt điểm eutecti, dung dịch bão hòa cả hai cấu tử, từ đó 2 chất
rắn sẽ đồng thời kết tinh (cho đến khi toàn bộ hệ trở thành rắn), trong giai đọan đó hệ
bao ồm ba pha cân bằng có c = k – f + 1 = 2 – 3 + 1 = 0  trong suốt quá trình kết tinh
ra hai pha rắn từ dd, nhiệt độ của hệ và thành phần pha lỏng không thay đổi.
Dùng giản đồ nhiệt độ - thành phần ta có thể khảo sát định tính và định lượng
các quá trình cân bằng lỏng – rắn xảy ra trong hệ hai cấu tử A-B.


2.Trả lời câu hỏi
2.1 Có kết luận gì về sự thay đổi nhiệt độ kết tinh của quá trình kết tinh
dung dịch hai cấu tử với quá trình kết tinh dung dịch 1 cấu tử?
Đường nguội (hay đường kết tinh ) của 1 cấu tử nguyên chất gồm những nhánh
gần như dốc thẳng đứng, chứng tỏ có sự nguội khá nhanh, khi tới nhiệt độ kết tinh thì
có một đọan thẳng ngang chứng tỏ nhiệt độ không đổi ; đó là do có nhiệt kết tinh được

tỏa ra bù vào chổ mất nhiệt do nguội tự nhiên, kết quả là cấu tử đó kết tinh ở nhiệt độ
không đổi ( dưới áp suất ngoài không đổi ).Sau khi đã kết tinh xong thì nhiệt độ mới lại
tiếp tục hạ thấp, do đó lại có một nhánh dốc, nhưng kém dốc hơn nhánh đầu tiên.
Đối với hỗn hợp hai cấu tử theo những thành phần khác nhau; những đường nguội
thọat đầu cũng như một nhánh dốc gần thẳng đứng ( nguội nhanh ), khi tới nhiệt độ bắt
đầu kết tinh thì nguội chậm lại do có nhiệt kết tinh được tỏa ra nhưng chưa đủ để làm
cho nhiệt độ không đổi, điều này được phản ánh trên đường nguội bằng một nhánh dốc
ít hơn so với nhánh đầu tiên. Sự kết tinh từ dung dịch sẽ cho tinh thể nguyên chất nào
hoặc cả hai tinh thể cùng một lúc là tùy thuộc vào thành phần của mỗi cấu tử trong
dung dịch so với thời điểm eutecti của hệ.


2.2 Hỗn hợp Eutecti là gì? Ứng dụng
Ở áp suất không đổi, hỗn hợp eutecti sẽ kết tinh ở nhiệt độ không đổi theo đúng
thành phần của nó ( phù hợp với độ tự do c = 0). Hỗn hợp eutecti có tính chất giống
như một hợp chất hóa học, song nó không phải là một hợp chất hóa học mà chỉ là một
hỗn hợp gồm những tinh thể rất nhỏ, rất mịn của hai pha rắn A và B nguyên chất kết
tinh xen kẽ vào nhau.
Khi có sự tác động của cả nhiệt độ và áp suất bên ngoài c = k - f + 2 = 2 - 3 + 2 =
1, cho thấy nếu áp suất thay đổi thì không những nhiệt độ kết tinh của dd eutecti thay
đổi mà cả thành phần cảu hỗn hợp cũng thay đổi theo (như vậy nó không phải là một
chất).
Hỗn hợp eutecti có khá nhiều ứng dụng trong thực tế, ví dụ ta muốn có “ thiếc
hàn” nóng chảy ở nhiệt độ thấp , ngưới ta trộn thiếc (t onc=232oC) và chì (tonc=327oC)
theo các thành phần thích hợp sẽ thu được các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn
200oC.