cân bằng pha cân bằng pha

CHƯƠNG CÂN BẰNG PHA CHƯƠNG CÂN BẰNG PHA IV.1 Trạng thái vật lý Biến đổi Pha IV.2 Aùp suất bão hòa IV.3 Giản đồ pha IV.4 Quy tắc pha IV.1 Trạng thái vật lý Biến đổi Pha • Thuyết động học phân tử giải thích tính chất vật lý trạng thái tập hợp: – Chất khí dễ nén, nhận hình dạng thể tích bình chứa: • Các phân tử khí cách xa tương tác lẫn – Chất lỏng không bị nén, nhận hình dạng khơng nhận thể tích bình chứa : • Các phân tử chất lỏng giữ gần so với khí khơng chặt nên trượt lên (chảy) – Chất rắn khơng bị nén, có hình dạng thể tích xác định: • Các phân tử chất rắn xếp liền kề với nhau; chặt chẽ đến mức chúng trượt lên IV.1 Trạng thái vật lý Biến đổi Pha Làm lạnh nén Đun nóng giảm áp suất Khí Mất trật tự; Có nhiều khoảng khơng; Phân tử chuyển động hồn tồn tự do; Các hạt cách xa Làm lạnh Đun nóng Lỏng Tinh thể rắn Mất trật tự; Các hạt nhóm hạt chuyển động tương đối tự do; Các hạt gần Sắp xếp trật tự; Các hạt vị trí cố định Các hạt gần IV.1 Trạng thái vật lý Biến đổi Pha  Để chuyển chất từ trạng thái khí thành lỏng rắn (Quá trình tỏa nhiệt) cần làm cho phân tử gần hơn: Làm lạnh nén  Để chuyển chất từ rắn sang lỏng khí (Q trình thu nhiệt) cần làm cho phân tử chuyển động xa nhau: Gia nhiệt giảm áp suất  Những lực giữ cho phân tử lỏng rắn gần gọi lực liên phân tử  Trong q/t chuyển pha, nhiệt độ không thay đổi (đối với chất tinh khiết) Các dạng biến đổi pha Qt tỏa nhiệt Qt thu nhiệt Khí  Lỏng Hcon < Lỏng  Khí Hvap > Hcon = - Hvap Lỏng  Rắn Hfreezing < Rắn  Lỏng Hfus > Hfreezing = - Hfus Khí  Rắn Hdep < Rắn  Khí Hsub > Hdep = - Hsub Hofus < Hovap Với đa số chất tinh khiết o Hosub = Hofus + H vap IV.2 Áp suất Phân tử trạng thái Phân tử bay Phân tử ngưng tụ Lỏng ⇄ Hơi định Phơi T xác Aùp suất – Nhiệt độ Hơi Lỏn g Aùp kế thủy ngân Aùp suất chất lỏng Phơi (Pvap) Phơi không Phơi không Phơi phụ phụ thuộc phụ thuộc thuộc vào vào thể tích vào thể tích Nhiệt độ T Lỏng (Vlỏng) Khí (Vkhí) Sự phụ thuộc áp suất theo nhiệt độ P, (a) Diethyl ether (DE) (b) Ethanol (c) Nước mmHg 800 - 700 - Cùng T, DE có Phơi cao nhất, H2O có Phơi nhỏ nhất: Do DE có lực tương tác liên phân tử yếu H2O mạnh 760 600 500 400 Đường 760 mmHg cho 300 biết Tsơi bình thường chất lỏng: Nhiệt độ 200 Phơi chất lỏng = P khí 100 Tsơi : H2O > Ethanol > DE 20 140 40 60 80 Nhiệt độ 100 120 (oC) 1 LnP   A  B T  H vap A R Ln Phơi Pt Clausius- Clapeyron Diethyl ether Nước 1/T 10 IV.3 Giản đồ Pha Giản đồ pha cho biết ảnh hưởng nhiệt độ áp suất lên biến đổi pha hóa chất Giản đồ pha bao gồm: - Vùng : Mỗi vùng ứng với pha bền vững chất Thường pha Rắn bền T thấp P cao; pha Khí - T cao P thấp; Pha Lỏng – trung bình - Đường vùng : biểu diễn trình chuyển pha Mỗi điểm đường cho biết nhiệt độ áp suất hai pha trạng thái cân - Điểm ba: giao điểm ba đường chuyển pha Một số chất có nhiều điểm ba trạng thái rắn có nhiều dạng thù hình Tại điểm ba qt chuyển pha xảy đồng thời (rắn ⇄ lỏng ⇄ khí ⇄ rắn) - Điểm tới hạn : 11 Aùp suất Giản đồ pha Nước Nước có pha Rắn khác Ice IV Ice VI Ice V Điểm ba Đường Nóng Đường Nóng chảy – Đông đặc chảy – Đông đặc atm Đường Hóa – Ngưng tụ Điểm ba : 0,01oC; 0,006 atm Đường Thăng hoa – Kết tủa Điểm cuối đường lỏng-hơi : Điểm tới hạn Nhiệt độ 12 Điểm tới hạn - Cho chất lỏng vào bình kín gia nhiệt - Khi T tăng, chất lỏng giãn nở  tỷ khối lỏng giảm - Đồng thời, T tăng, chất lỏng bay nhiều  tỷ khối tăng - T tăng, tỷ khối lỏng tiến lại gần - Tại nhiệt độ tới hạn ( Tc) tỷ khối lỏng nhau, ranh giới pha lỏng – biến Aùp suất nhiệt độ áp suất tới hạn (Pc) - Tại điểm tới hạn ngưng tụ thành lỏng dù có đặt áp suất Td: Tc O2 = -119oC; N2 = -147oC - Sau Tc thường có trạng thái Lỏng siêu tới hạn hai pha lỏng khí riêng biệt 13 Điểm tới hạn Thấp Tc khoảng 10oC Thấp Tc khoảng 1oC Tại nhiệt độ tới hạn Tc Tại nhiệt độ tới hạn ( Tc) khơng ranh giới pha lỏng – 14 Khơng thể hóa Lỏng 25oC Có thể hóa Lỏng 25oC 15 Vì CO2 rắn khơng nóng chảy thành Lỏng (ở đk thường)? Nếu áp suất KQ = 5,2 atm? 16 P Nước đá Nước Lỏng Nước Hơi T Điểm đặc biệt nước: - Đa số chất : tỷ khối Rắn > Lỏng  Tăng áp suất tạo điều kiện cho pha rắn; đường R-L có độ dốc dương (nghiêng phải) - Nước : tỷ khối Rắn < Lỏng  Tăng áp suất tạo điều kiện cho pha Lỏng; đường R-L có độ dốc âm (nghiêng trái) 17 Chú ý: cho dạng tinh thể nước rắn (Ice I) IV.4 Quy tắc pha - Pha : số pha (k) - Cấu tử : Chất tạo thành mà nồng độ xác định thành phần pha hệ trạng thái cân - Số cấu tử (n) = Số chất tạo thành hệ – Số phương trình liên hệ Td: Hệ gồm khí khơng tương tác : He, H2, Ar  số cấu tử = Hệ gồm khí : H2, I2, HI có chất tạo thành số cấu tử = – = có phương [ HI ]2 trình liên hệ nồng độ K chúng: [ H ].[I ] 2 18 - Bậc tự (f) : Khả biến đổi độc lập thông số trạng IV.4 Quy tắc pha f=n+2–k Gibbs – 1876 (+ có 02 biến số chung T & P) - Nếu ngồi T & P hệ chịu tác động biến số khác (td điện thế) f tăng lên: f = n + – k - Ngược lại, biến số giữ cố định (td T = const) f giảm : f = n + – k - Nếu biến số giữ cố định (T = const; P = const) f = n– k 19 P f= Nước đá f=2 f=2 Nước Lỏng f= f=2 Nước Hơi f=0 T Trong vùng: n = 1, k =  f = 2; thay đổi thông số (cả nhiệt độ áp suất) mà trạng thái pha hệ giữ không đổi Trên đường ranh giới CB pha: n = 1, k =  f = ; thay đổi tùy ý thông số (nhiệt độ áp suất) để giữ cho hệ cân pha Điểm ba: n = 1, k =  f = ; hoàn toàn xác định trên20 giản đồ ...CHƯƠNG CÂN BẰNG PHA IV.1 Trạng thái vật lý Biến đổi Pha IV.2 Aùp suất bão hòa IV.3 Giản đồ pha IV.4 Quy tắc pha IV.1 Trạng thái vật lý Biến đổi Pha • Thuyết động học phân... Giản đồ Pha Giản đồ pha cho biết ảnh hưởng nhiệt độ áp suất lên biến đổi pha hóa chất Giản đồ pha bao gồm: - Vùng : Mỗi vùng ứng với pha bền vững chất Thường pha Rắn bền T thấp P cao; pha Khí... T cao P thấp; Pha Lỏng – trung bình - Đường vùng : biểu diễn trình chuyển pha Mỗi điểm đường cho biết nhiệt độ áp suất hai pha trạng thái cân - Điểm ba: giao điểm ba đường chuyển pha Một số chất