LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ (HÓA LÝ SLIDE CHƯƠNG 4) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

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

Sự chuyển
pha

Lỏn → Hơi
g
Đọng
Hơi →
sương
Lỏng
Băng tan Rắn →
Lỏng
Kết tinh Lỏn →
đường từ
g Rắn
Sấy khô

03/22/21

607010 - Chương 4

Tên
quá
trình
Bay hơi
Ngưng tụ
Nóng
chảy
Đông
đặc

2


IV.1. CÁC KHÁI NIỆM
CHUNG

03/22/21

607010 - Chương 4

3


V.1.1. Các khái niệm: pha, hợp phần,
cấuPha
tử, -bậc
tự do
số

Pha - số
pha
f
pha
f
 Pha là toàn 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
Hệ
đồng
đồng
- Chỉ gồm 1
thể
thể
pha
- Không có
bề mặt phân
chia pha

Hệ dị
dị
Hệ
thể
thể
-Có nhiều hơn

1 pha
- Có bề mặt
phân chia pha
Nươ
ùc
đá
Nươ
ùc

Nươ
ùc

Hệ
đồng
thể

03/22/21

Hơi
Nước
đá
Nươ
ùc

Hệ dị thể
f >1
607010 - Chương 4

5



Hợp
Hợp
phần
phần

Là các chất hợp
thành hệ

Mỗi
hợp
phần
đều có thể tách
riêng
và tồn qtại
Số
cấu
Số
hợp
Số cấu
q
Số hợp
độc
lập
ngoài hệ
tử
k
phần

r
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
03/22/21



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:

r= 3
q=

2
C SO
.CO2

1K:c =

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
03/22/21

 k=r–q=3–2=1

607010 - Chương 4

7


Là số tối thiểu
Bậc tự

tự
Bậc
những thông số cần
do C
C
do
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
03/22/21

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 Cân
đạt cân
bằng thì sẽ

α thỏaβ 3 ĐIỀU
γ
bằng
Cân
bằng
T
=
T
=
T
=…
KIỆN CÂN BẰNG PHA

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

f

=
T
P α = P β = Pγ = …
f
=
P
µ1α = µ1β = µ1γ = … =
µ1f

µ2α = µ2β = µ2γ = … =
03/22/21

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)
03/22/21

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

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

03/22/21

607010 - Chương 4

11


Xét trường hợp
Thiết lập
lập
Thiết
có hai thông số
công thức
thức
công
bên ngoài tác
Các điều kiện
cân bằng pha: động lên hệ: (T,
P)
n=2
Tα = Tβ = Tγ = …
- Số thông số
= Tf
trạng thái
=
Pα = P β = P γ = …
(k+
= Pf
(k + 2)f
2)
- Số phương trình
µ1α = µ1β = µ1γ = … =
dò liên hệ

= (k +
µ1f
ng
α
β
γ
2)(f–1)+
f 2)(f
µ2 = µ2 = µ2 = … =  C= (k+2)f
–(k +
f

f
µ
2
thông

–1)–f

……
số
µ kα = µ k β = µ kγ = … =
03/22/21

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).
03/22/21

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)
03/22/21

607010 - Chương 4

cân
đổi,
thay

14


VI.1.3. GIẢN ĐỒ PHA VÀ
CÁC QUY TẮC CỦA GIẢN ĐỒ
Giản đồ pha 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)
-

03/22/21

(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)
03/22/21

607010 - Chương 4

16


Giản đồ (P-T)

của H2O
(P < 200atm)

03/22/21

607010 - Chương 4

17


Giản đồ (TV) của H2O

03/22/21

607010 - Chương 4

18


Giản đồ
(P-V) của
H 2O

03/22/21

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
03/22/21

607010 - Chương 4

20


Cách biểu
biểu diễn
diễn các
các thông
thông số
số nhiệt
nhiệt

Cách
động trên
trên giản
giản đồ
đồ pha
pha
động

- Thông số bên ngoài
P, V,
T: dụng phương pháp thông thường
Sử
- Thông số thành
phần
xi : 2
Hệ
cấu tử
A

M

0
0

0.2
20

03/22/21

B

0.4
40

0.6
60

607010 - Chương 4

0.8
80

xB
1.0
100% yB%

21


Hệ 3
cấu tử

03/22/21

607010 - Chương 4

22


Quy tắc

tắc của
của giản
giản
Quy
đồ pha
pha
đồ
- Quy tắc
liên tục:
Nếu hệ không có sự thay đổi về chất,
số pha hay dạng các pha thì các đường hay
các mặt trên giản đồ sẽ liên tục.
- Quy tắc đường thẳng
liên hợp:
Ở điều kiện đẳng nhiệt đẳng áp:
hệ
H =diễn
hệ Hcủa
H2 này
1 + hệ
 3 điểm
biểu
3 hệ
nằm trên một đường thẳng (gọi là
đường thẳng liên hợp).
- Quy tắc khối tâm :
(TỰ ĐỌC)
03/22/21

607010 - Chương 4

23


- Quy tắc đòn hệ
bẩy:
H = hệ H1 +
hệ H2
Lượng hệ
gH1
HH2
=
=
H1 hệ
Lượng
gH2
HH1
H2

03/22/21

607010 - Chương 4

24


IV.2. CÂN BẰNG
PHA TRONG HỆ 1
CẤU TỬ
03/22/21

607010 - Chương 4

25