Bài giảng Giản đồ pha - Chương 7: Giản đồ độ tan đẳng nhiệt của các hệ bậc 4 muối – nước đơn giản cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm về giản đồ độ tan đẳng nhiệt của các hệ bậc 4 muối – nước đơn giản, giản đồ độ tan đẳng nhiệt của hệ bậc 4 muối – nước tạo thành hỗn hợp eptonic,... Mời các bạn cùng tham khảo.
CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Khái niệm giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ bậc muối – nước đơn giản 1.1 Khái niệm chung - Hệ muối – nước bậc đơn giản hệ gồm muối có ion chung nước: AX – AY – AZ – H2O - Tính chất nghiên cứu hệ độ tan p = const Khi Tmax = – Pmin + = 4, nghĩa thông số xác định trạng thái cân hệ t0 nồng độ muối - Thực tế, nghiên cứu hệ t0 = const Khi giản đồ gọi giản đồ độ tan đẳng nhiệt không gian (3 chiều) Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN 1.2 Các phương pháp biểu diễn thành phần hệ bậc muối-nước đơn giản - Phương pháp tứ diện • Thành phần hệ biểu diễn theo % khối lượng hay % mol Chiều dài cạnh tứ diện chia làm 100 phần • Đỉnh tứ diện biểu diễn H2O, cạnh từ đỉnh trục tọa độ, bề mặt tứ diện đối diện với đỉnh nước mặt đáy biểu diễn thành phần muối, bề mặt khác tứ diện biểu diễn hệ bậc muối – nước, cạnh tứ diện biểu diễn hệ bậc muối – nước Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Để xác định điểm biểu diễn M hệ gồm a% AX, b% AY, c% AZ, d% H2O tiến hành sau: từ đỉnh nước, cạnh WAX đặt đoạn thẳng WA’ a%, từ điểm A’ vẽ bề mặt WAXAY đoạn thẳng A’B’ b% song song với cạnh WAY, từ B’ vẽ mặt phẳng chứa cạnh WAZ B’ đoạn thẳng B’C’ c% song song với cạnh WAZ Điểm C’ điểm M Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN - Phương pháp lăng trụ mặt: • Trên cạnh thẳng góc với đỉnh tam giác đáy biểu diễn hàm lượng nước tính theo tổng hàm lượng muối nói (ví dụ: số gam nước/100 gam muối hay số mol nước/100 mol muối) Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com H2O H2O AX số mol H2O /100 mol muối • Đáy tam giác đều, biểu diễn thành phần muối theo % khối lượng hay mol H2O AZ AY CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ bậc muối – nước tạo thành hỗn hợp eptonic 2.1 Trường hợp muối kết tinh dạng khan a Các yếu tố hình học: • Điểm eptonic O: tương ứng dung dịch bảo hòa muối kết tinh từ dung dịch chúng đồng thời tách ra, nghĩa xảy q trình kết tinh vơ biến tương hợp biểu diễn phản ứng: LO ⇌ AX + AY + AZ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN W(H2O) Đường cong kết tinh bậc (E1O, E2O, E3O): biểu diễn dung dịch bảo hòa muối, tương ứng trình kết tinh cặp muối Bề mặt cong kết tinh bậc (LE1OE3L, ME2OE1M, NE3OE2N): biểu diễn dung dịch bảo hòa muối, tương ứng trình kết tinh nhị biến muối Giản đồ pha R R N F L F1 E1 E3 E2 F2 AX nvhoa102@yahoo.com o E'3 F' E'1 M F'2 AZ o' E'2 AY CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Thể tích pha: tích, gồm: thể tích pha lỏng (dung dịch chưa bảo hòa), thể tích pha (dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối đó), thể tích pha (dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối đó), thể tích pha (dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối đó) b Hình chiếu tâm mặt đáy giản đồ độ tan đẳng nhiệt không gian: Nguyên tắc phương pháp chiếu tâm: Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN • Từ đỉnh W (H2O) tứ diện vẽ đường thẳng qua điểm muốn chiếu, ví dụ điểm F, (tia WF) Giao điểm tia WF với mặt đáy AXAYAZ, điểm F’, điểm cần tìm Từ đây: tất điểm nằm cạnh tứ diện, ví dụ cạnh WAZ, có hình chiếu điểm AZ; tất điểm nằm mặt tứ diện, ví dụ mặt WAXAZ, có hình chiếu nằm cạnh AXAZ… • Nếu điểm F có thành phần a% AX, b% AY, c% AZ, điểm hình chiếu F’ có thành phần a’% AX, b’% AY, c’% AZ: Giản đồ pha a′ = 100a a+b+c ; b′ = 100b a+b+c nvhoa102@yahoo.com ; c′ = 100c a+b+c CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Hình chiếu tâm hình chiếu khơng nước có thành phần muối dung dịch thể áp dụng quy tắc đòn bẩy để tính tốn q trình kết tinh đẳng nhiệt AZ Các yếu tố hình học: • Các trường kết tinh bậc (AXE1’O’E3’AX; AYE2’O’E1’AY; AZE3’O’E2’AZ): Tương ứng trình kết tinh muối từ dung dịch Giản đồ pha E'3 AX F' AX nvhoa102@yahoo.com R'2 AZ E'2 O' F' AY AY E'1 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN • Các đường cong kết tinh bậc (E1’O’; E2’O’; E3’O’): Tương ứng trình kết tinh đồng thời muối từ dung dịch • Các điểm eptonic hệ muối – nước bậc (E1’; E2’; E3’): Tương ứng trình kết tinh vô biến tương hợp cặp muối từ dung dịch • Điểm eptonic bậc (O’): Tương ứng q trình kết tinh vơ biến tương hợp muối từ dung dịch: LO’ ⇌ AX + AY + AZ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 10 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN c Khảo sát trình kết tinh Xét q trình đẳng nhiệt dung dịch F giản đồ không gian giản đồ hình chiếu phẳng - Trên giản đồ khơng gian: Gồm giai đoạn: • Nước bay hơi: điểm hệ chuyển dịch theo tia kết tinh, từ F F1 • Nước bay hơi, muối AX tách ra: điểm pha lỏng theo đường cong F1F2, từ F1 F2, điểm pha rắn theo cạnh WAX, từ W R2 Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 11 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN • Nước bay hơi, muối AX AY tách ra: điểm pha lỏng theo đường cong E1O, từ F2 O, điểm pha rắn (hỗn hợp muối rắn AX AY) chuyển vào tam giác WAXAY, theo đường cong R2R3, từ R2 R3 • Nước bay hơi, muối AX, AY, AZ tách ra: điểm pha lỏng nằm nguyên O, điểm pha rắn (hỗn hợp muối rắn AX, AY, AZ) chuyển vào tứ diện, theo đường thẳng R3F, từ R3 F Quá trình kết tinh kết thúc ta thu hỗn hợp muối rắn AX, AY AZ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 12 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN - Trên giản đồ hình chiếu phẳng: • Nước bay hơi: điểm hệ nằm nguyên F’ • Nước bay hơi, muối AX tách ra: điểm pha lỏng từ F’ F2’, điểm pha rắn nằm nguyên AX • Nước bay hơi, muối AX AY tách ra: điểm pha lỏng từ F2’ O’, điểm pha rắn (hỗn hợp muối rắn AX AY) từ AX R2’ • Nước bay hơi, muối tách ra: pha lỏng nằm nguyên O’, điểm pha rắn (hỗn hợp muối rắn AX, AY, AZ) từ R2’ F2’ Quá trình kết tinh kết thúc ta thu hỗn hợp muối rắn AX, AY, AZ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 13 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN 2.2 Trường hợp muối kết tinh dạng khan dạng hydrat Xét giản đồ hình chiếu phẳng trường hợp với giả sử muối AX kết tinh dạng AX AX.nH2O Từ giản đồ thấy có vài điểm khác so với trường hợp 2.1: • Điểm chuyển P: tương ứng với trình kết tinh vô biến không tương hợp pha lỏng LP hòa tan AX.nH2O tách từ trước tạo thành muối AY AZ: LP + AX.nH2O ⇌ AY + AZ • Đường cong E4P: biểu diễn q trình kết tinh biến không tương hợp L + AX.nH2O ⇌ AX Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 14 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Xét q trình đẳng nhiệt dung dịch M: Tách muối AX.nH2O: điểm pha lỏng theo tia kết tinh AXM, từ M M1, điểm pha rắn nằm nguyên AX Hòa tan AX.nH2O, tách AX: điểm pha lỏng nằm nguyên M1, điểm pha rắn nằm nguyên AX Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 15 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Tách AX: điểm pha lỏng theo tia kết tinh AXM, từ M1 M2, điểm pha rắn nằm nguyên AX Tách AX AZ: điểm pha lỏng theo đường cong E3O, từ M2 O, điểm pha rắn (hỗn hợp muối rắn AX AZ) theo cạnh AXAZ, từ AXR Tách AX, AY, AZ: điểm pha lỏng nằm nguyên O, điểm pha rắn (hỗn hợp muối rắn AX, AY, AZ) theo đường thẳng RO, từ R M Quá trình kết tinh kết thúc thu hỗn hợp muối rắn AX, AY AZ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 16 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN 2.3 Trường hợp hệ tạo thành muối kép S (AX.AY) Muối kép tạo thành hòa tan tương hợp (tương ứng giản đồ hình chiếu phẳng I) hay không tương hợp (tương ứng giản đồ hình chiếu phẳng II) AZ E3 I AX II S E4 S AX Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com AX R P M1 M R1 O E2 AY R2 E1 AY 17 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Trường hợp muối kép tạo thành hòa tan tương hợp, nối S với AY tạo giản đồ với yếu tố hình học giống trường hợp muối kết tinh dạng khan Ở giản đồ (II) có thêm yếu tố khác so với giản đồ (I): • Điểm chuyển P: tương ứng trình kết tinh vơ biến khơng tương hợp pha lỏng LP hòa tan AX tách từ trước để tạo thành S AY: (LP + AX ⇌ S + AY) • Đường cong E4P: tương ứng trình kết tinh biến khơng tương hợp pha lỏng L hòa tan AX tách từ trước để tạo thành S: (L + AX ⇌ S) Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 18 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Khảo sát trình kết tinh dung dịch M giản đồ (II) - Tách AX: điểm pha lỏng từ M M1, điểm pha rắn AX - Tách AX AY: điểm pha lỏng từ M1 P, điểm pha rắn (hỗn hợp muối rắn AX AY) từ AX R - Hòa tan AX, tách AY S: điểm pha lỏng nằm nguyên P, điểm pha rắn (hỗn hợp rắn AX, AY S) từ R R1 - Tách S AY: điểm pha lỏng từ P O, điểm pha rắn (hỗn hợp rắn S AY) theo đường nối SAY, từ R1 R2 - Tách đồng thời muối S, AY AZ: điểm pha lỏng nằm nguyên O, điểm pha rắn (hỗn hợp muối rắn S, AY, AZ) theo R2O, từ R2 M Quá trình kết tinh kết thúc thu hỗn hợp muối rắn S, AY, AZ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 19 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN VÍ DỤ TÍNH TOÁN KỸ THUẬT Cho dung dịch gồm 20 kg NaCl, kg KCl, kg MgCl2 200 kg H2O 25oC Xét q trình kết tinh tính tốn lượng muối tách trình bay đẳng nhiệt dung dịch bắt đầu tách MgCl2 Cho biết kiện tính tan hệ NaCl – KCl – MgCl2 – H2O 25oC: Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 20 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 21 ... AZ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 10 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN c Khảo sát q trình kết tinh Xét q trình đẳng nhiệt dung dịch F giản đồ không gian giản. .. thúc ta thu hỗn hợp muối rắn AX, AY AZ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 12 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC ĐƠN GIẢN - Trên giản đồ hình chiếu phẳng: • Nước bay hơi:... ứng giản đồ hình chiếu phẳng I) hay khơng tương hợp (tương ứng giản đồ hình chiếu phẳng II) AZ E3 I AX II S E4 S AX Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com AX R P M1 M R1 O E2 AY R2 E1 AY 17 CHƯƠNG – GIẢN