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 chất hợp thành hệ, hợp phần tách khỏi hệ tồn độc lập hệ Số cấu tử (k): số tối thiểu hợp phần đủ để tạo hệ = số hợp phần độc lập đủ để xác định trạng thái hệ cân – giá trị đặc trưng cho hệ: k = r – q q: Số phương trình độc lập liên hệ nồng độ hợp phần cân MỘT SỐ KHÁI NIỆM Bậc tự (c) Độ tự do: số thông số nhiệt động độc lập để xác định hệ cân Thông số nhiệt động: thông số thành phần hệ (Ci, xi); thông số bên (T,P,…) c = ∑thông số trạng thái - ∑phương trình liên hệ c = 0: hệ vô biến c = 1: hệ biến c = 2: hệ nhị biến Qui tắc pha Gibbs Nếu có n thông số bên tác động vào hệ thì: c=k–f+n Nếu có thông số bên tác động vào hệ (T,P): Nếu T P số: c = k – f + Nếu T P số: c = k - f c=k–f+2 Điều kiện cân pha Cân nhiệt độ: Tα = Tβ = Tγ = … = Tf Cân học: P α = P β = P γ = … = Pf Cân hóa học: µ1α = µ1β = µ1γ = … = µ1f µ2α = µ2β = µ2γ = … = µ2f ………………………… µkα = µkβ = µkγ = … = µkf CÁC QUY TẮC PHA Qui tắc liên tục CÁC QUY TẮC PHA Qui tắc đường thẳng liên hợp CÁC QUY TẮC PHA Quy tắc đòn bẩy CÁC QUY TẮC PHA Qui tắc khối tâm Biểu diễn thành phần hệ cấu tử Qui tắc liên tục 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 d ln P λ = dT RT dP λ ≈ dT T∆V ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA d ln P λ = dT RT λ ln P = ∫ dT + j R T Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp, xem λ số: λ ln P = − +j RT lnP j: số hóa học α λ = − Rtgα 1/T P = K e − λ / RT P T d ln P λ = dT RT λ ln P = ∫ dT + j R T Trong khoảng nhiệt độ xác định T1 – T2: xem λ 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 chất tan torng dung dịch bão hòa) x i: kH: số henry, phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc áp suất chất dung môi Phạm vi áp dụng: -Đúng cho dung dịch lý tưởng -Chất tan dễ bay dung dịch vô 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 sai lệch → thay nồng độ hoạt độ -Nếu 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 HÒA TAN KHÍ TRONG CHẤT LỎNG Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ hòa tan khí/lỏng λi  ∂ ln xi    = ∂ T RT  P Phương trình Sreder Nếu áp suất không đổi xem nhiệt ngưng tụ không đổi: xi λi dT ∫x =1 d ln xi = ∫0 R T T i T λi  1  ln xi = −  −  R T T  •xi = T = T0 (nhiệt độ sôi – nhiệt độ ngưng tụ) •Xi phần phân tử tương ứng i dung dịch bão hòa (độ hòa tan) nhiệt độ T HÒA TAN RẮN TRONG LỎNG Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ tan rắn lỏng i (rắn) = i (dd) d ln K x ∆H = dT RT d ln xi λ = dT RT HÒA TAN RẮN TRONG LỎNG Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ tan rắn lỏng d ln K x ∆H = dT RT λi dT ∫x =1 d ln xi = ∫0 R T T i λi ln xi = − + const RT λi  1  ln xi = −  −  R T T  xi T Xi = T = T (nhiệt độ ngưng tụ (nóng chảy) i (rắn) → i (lỏng) T nhiệt độ hòa tan chất i tương ứng với nồng độ x i → xi = k exp(−λ / RT ) HÒA TAN LỎNG TRONG LỎNG Định luật Raoult Đối với dung dịch lý tưởng cấu tử tan lẫn vô hạn, áp suất bão hòa chất tỉ lệ thuận với phần phân tử dung dịch Phạm vi áp dụng: -Đúng cho dung dịch lý tưởng -Có thể áp dụng cho dung môi dung dịch vô loãng l Pi = kR.xi xi = → kR = Pi l → Pi = Pi xi So sánh định luật Raoult định luật Henry ĐL Raoult: l Pi = kR.xi l Pi = Pi xi ĐL Henry: xi = kH.Pi → Pi = (1/kH).xi Giản đồ áp suất – thành phần ĐL Raoult: l Pi = kR.xi l Pi = Pi xi ĐL Henry: xi = kH.Pi → Pi = (1/kH).xi ... HỆ CẤU TỬ Quy tắc pha Gibbs: c = k – f + Quy tắc pha Gibbs cho hệ cấu tử k = 1: f=1⇒c=2 f=2⇒c=1 f=3⇒c=0 CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ CẤU TỬ CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ CẤU TỬ ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT TỔNG ĐẾN... TẮC PHA Quy tắc đòn bẩy CÁC QUY TẮC PHA Qui tắc khối tâm Biểu diễn thành phần hệ cấu tử Qui tắc liên tục Biểu diễn thành phần hệ cấu tử Qui tắc liên tục CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ CẤU TỬ Quy tắc pha. .. Qui tắc pha Gibbs Nếu có n thông số bên tác động vào hệ thì: c=k–f+n Nếu có thông số bên tác động vào hệ (T,P): Nếu T P số: c = k – f + Nếu T P số: c = k - f c=k–f+2 Điều kiện cân pha Cân nhiệt