LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA - CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ pot

LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA - CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ... Các khái niệm: pha, hợp phần, cấu tử, bậc tự do ¾ Pha là toàn bộ phần đồng thể của hệ nằm ở trạng thái CB có các thông số nhiệ

………… o0o…………

LÝ THUYẾT CÂN BẰNG PHA - CÂN BẰNG

PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ

Chương IV

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

IV.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG

Pha - số pha f

Pha - số pha f

V.1.1 Các khái niệm: pha, hợp phần, cấu tử, bậc tự do

¾ Pha là toàn bộ phần đồng thể của hệ nằm ở trạng thái CB có các thông số nhiệt động như nhau

¾ Các pha trong hệ được phân chia bởi các bề mặt phân chia pha

Hệ đồng thể Hệ dị thể

- Chỉ gồm 1 pha

- Không có bề mặt

phân chia pha

-Có nhiều hơn 1 pha

- Có bề mặt phân chia

pha

Hợp phần ¾ Là các chất hợp thành hệ

¾ Mỗi hợp phần đều có thể tách riêng và tồn tại độc lập ngoài hệ

Số hợp phần r

Số hợp phần r Số cấu tử Số cấu tử k k

Số tối thiểu các hợp phần đủ để tạo ra hệ

Tổng số các

hợp phần trong

bằng

2 2

.

SO SO

O c

3

2 2

.

SO SO

O c

C C

C

Bậc tự do C

Bậc tự do C ¾ Là cần số thiết tối để thiểu xác những định trạng thông thái số

cân bằng của hệ

Ví dụ: Đối với 1 chất khí là khí lý tưởng:

- 4 thông số trạng thái: T, V, P, n

- 1 phương trình liên hệ: PV = nRT Ỵ C = 4 – 1 = 3

C = ∑(thông số trạng thái) – ∑(phương trình liên hệ)

¾ Thông số thành phần: C i hay x i

¾ Thông số bên ngoài: T, P, V …

Có 2 loại thông số

IV.1.2 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG PHA VÀ

QUY TẮC PHA GIBBS

Cân bằng nhiệt độ:

Cân bằng cơ học:

Cân bằng hóa học: μ1α = μ1β = μ1γ = … = μ1f

μ2α = μ2β = μ2γ = … = μ2f

……

μkα = μkβ = μkγ = … = μkf

Xét một hệ dị thể gồm: k cấu tử, phân bố trong f pha

Khi hệ đạt cân bằng thì sẽ thỏa 3 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG PHA

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 hệ

Thiết lập công thức

- Số thông số trạng thái

Ví dụ: Xét hệ nước lỏng nguyên chất

Ý nghĩa:

Ỵ C = k – f + 2 = 1 – 1 + 2 = 2

k = 1

f = 1

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)

Ví dụ: Xét hệ nước lỏng nằm cân bằng với hơi nước

VI.1.3 GIẢN ĐỒ PHA VÀ CÁC QUY TẮC CỦA GIẢN ĐỒ PHA

Giản đồ 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)

- (T-V)

- (P-V)

Một giản đồ pha bao gồm:

- Các đường: P = f(T), T = f(V), P = f(x) …

Ỵ mô tả sự phụ thuộc của 2 thông số ở điều kiện

cân bằng pha

- Các mặt: P = f(T, V), P = f(T, x i ) …

Ỵ mô tả sự phụ thuộc của 3 thông số ở điều kiện

cân bằng pha

Cách biểu diễn các thông số nhiệt động trên giản đồ pha

Hệ 2 cấu tử

- Thông số bên ngoài P, V, T:

- Thông số thành phần xi:

Hệ 3 cấu tử

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 của giản đồ pha

Ở điều kiện đẳng nhiệt đẳng áp: hệ H = hệ H1 + hệ H2

thẳng (gọi là đường thẳng liên hợp)

- Quy tắc liên tục:

- Quy tắc đường thẳng liên hợp :

- Quy tắc khối tâm : (TỰ ĐỌC)

heä H = heä H1 + heä H2

IV.2 CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ 1 CẤU TỬ

Ỵ Xét đến sự cân bằng giữa các trạng thái tập hợp

của 1 chất.

Pha lỏng, khí : chỉ có 1 trạng thái tập hợp (trừ khí

He)

Pha rắn: có thể có nhiều trạng thái tập hợp

Sự chuyển pha = sự thay đổi trạng thái tập hợp

Ỉ thay đổi đột ngột những tính chất của hệ: ρ, C P ,V, hiệu ứng nhiệt…

C = 1 – f + 2 = 3 – f Hệ 1 pha: C = 2

Hệ 2 pha: C = 1Hệ 3 pha: C = 0

Ý Nghĩa? ( f ≤ 3 )

IV.2.1 Ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ chuyển pha

Xét hệ 1 cấu tử tồn tại cân bằng 2 pha:

pha α = pha β

C = 1 Ỉ ở trạng thái cân bằng: T = f(P).

Xét ở P, T xác định:

- Khi có cân bằng Gα = Gβ

- Nếu thay đổi P → P + dP thì T → T + dT

Ỉ thành lập cân bằng mới:

Gα + d Gα = Gβ + dGβ

Ỉ dGα = dGβ, thay dG = -SdT + vdP, ta được:

≈ Δ

T T V P

λ

Δ

=

dT T V dP

dT dP

dT dP

+ Hệ ngưng tụ: ít phụ thuộc vào áp suất, ta có thể tínhgần đúng :

+ Quá trình hoá hơi: λhh > 0 và Vh – Vl > 0 nên > 0

(khi P tăng thì Ts tăng)

+ Quá trình nóng chảy: λnc > 0 và phần lớn Vl –Vr > 0

nên > 0

Nước: Vl –Vr < 0 nên < 0 (khi P tăng, Tnc giảm)

(0oC:Vr= 1,098; Vl=1,001ml/g)

dT dP

IV.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến áp suất hơi bão hòa

Xét hai cân bằng sau : Lỏng = Hơi + λhh

Rắn = Hơi + λth

Ỵ Phương trình Clausius - Clapeyron II :

Các dạng tích phân:

Do V h >> V l , V h >> V r → ΔV ≈ V h =

(xem khí là khí lý tưởng)

RT P

Áp dụng phương trình Clausius - Clapeyron II :

- Xác định áp suất hơi bão hòa khi thay đổi nhiệt độ (và ngược lại)

- Xác định nhiệt chuyển pha

đối với các cân bằng: Lỏng = Hơi

IV.2.3 Ảnh hưởng của áp suất tổng cộng đến áp suất hơi bão hòa

2 1

Phương trình liên hệ:

Nhiệt chuyển pha phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất cân bằng: λ = λ(T,P), ta có phương trình:

- Cân bằng lỏng - hơi , rắn - hơi, có ΔV≈V h≈ RT/P nên:

IV.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt chuyển pha

IV.3 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI

CỦA HỆ 1CẤU TỬ

- Trong các vùng:

f = 1 Ỉ C = 2

IV.3.1 Giản đồ trạng thái của nước

-Trên các đường: hệ có 2 pha CB nhau

f = 2 Ỉ C= 1

- Tại điểm T : hệ có

3 pha cân bằng nhau

f = 3 Ỉ C = 0

- C là điểm tới hạn.

-Đường CT, AT tuân theo phươngtrình Clausius–Clapeyron II, dạnghàm số mũ:

- Đường DT là đường kéo dài cuả CT ( giả bền chất lỏng chậm đông)

-Đường BT tuân theo phương

IV.3.2 Giản đồ trạng thái của lưu huỳnh

IV.3.3 Giản đồ trạng thái của CO 2

Bài tập về nhà

Bài 1,2 trang 124

Bài 1- 6 trang 139 - 140