X F+ C F= 2F + CF.
b. Các phương trình nhiệt động học liên hệ áp suất và nhiệt độc ủa sự chuyển pha
Nhiệt độ chuyển pha là nhiệt độ tại đó các pha nằm cân bằng với nhau ở áp suất xác định.
Giả sử có một chất đang ở hai pha (1) và (2) đang nằm cân bằng, Ví dụ thay đổi áp suất từ P đến P + dP thì muốn cho hai pha vẫn nằm cân bằng với nhau, yếu tố thứ hai là nhiệt độ phải biến đổi tương ứng từ T trở thành T + dT. Khi đó năng lượng tự do của chất đó trong hai pha sẽ có trị số mới nhưng vẫn bằng nhau:
Ta đã biết vi phân hàm số G của một chất là:
Khi hệđạt trạng thái cân bằng ởđiều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp thì:
Hệ thức này được gọi là phương trình Clapeyron có nhiều ứng dụng khi khảo sát quá trình chuyển pha.
+ Ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ nóng chảy
Quá trình nóng chảy là quá trình chuyển một chất từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Nhiệt độ nóng chảy của một chất là nhiệt độ tại đó có sự cân bằng giữa hai pha rắn và lỏng ở áp suất xác định ( nếu không cho biết áp suất nào thì hiểu là bằng áp suất khí quyển 1atm ).
Quá trình nóng chảy thu nhiệt
- Nếu thể tích chất lỏng lớn hơn thể tích chất rắn thì:
từ: => T, P đồng biến.
(6-6)
- Nếu thể tích chất lỏng nhỏ hơn thể tích chất rắn (chất này khi nóng chảy có sự co thể tích hay giảm thể tích), thì:
Ví dụ: ở áp suất 1atm, nước đá nóng chảy ở 0oC.
Ở áp suất 2atm, nước đá nóng chảy ở - 0,0076oC.
Từđó có thể suy ra một cách gần đúng, muốn nước đá nóng chảy ở - 1oC thì áp suất phải tăng lên đến 132 atm.
+ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt độ sôi
Quá trình sôi của một chất là quá trình biến đổi chất đó từ dạng lỏng thành dạng hơi. Thể tích hơi lớn hơn rất nhiều so với thể tích chất đó khi ở dạng lỏng.
+ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến áp suất hơi bão hòa
Áp suất hơi bão hòa của một chất là áp suất tại đó chất lỏng hoặc chất rắn đó cân bằng với hơi của nó ở nhiệt độ xác định. Khi áp suất hơi bão hòa bằng áp suất khí quyển thì chất lỏng sôi, nhiệt độ lúc đó là nhiệt độ sôi của chất lỏng.
Trong sự thăng hoa, áp suất hơi bão hòa là áp suất tại đó chất rắn cân bằng với hơi của nó.
Nếu áp suất của hơi chưa đạt tới giá trị áp suất hơi bão hòa thì hơi gọi là hơi khô, các phân tử chất lỏng tiếp tục bay hơi.
Quá trình bay hơi thu nhiệt
(sự bay hơi làm tăng thể tích)
Ví dụ: Nước có áp suất hơi bão hòa bằng 17,5 mmHg ở 20oC
760 mmHg (1atm) ở 100oC 2 atm ở 120oC
4 atm ở 143oC
(Phương trình Clapeyron - Clausius)
Vẽ lgP theo 1/T ta có một đường thẳng mà độ dốc (hệ số góc) là (tung độ gốc là C'), từđó xác định được .
Với sự sôi (sự bốc hơi):
Với sự thăng hoa:
Ví dụ: áp suất hơi của clorur tert-butil nghiệm đúng hệ thức:
(6-8)
(6-9)
(6-10)
(6-11)
Tính của clorur tert-butil.
Giải:
Từ
Phương trình Clapeyron - Clausius đã lấy tích phân chỉ áp dụng được trong khoảng nhiệt độ nhỏ vì thật ra phụ thuộc vào nhiệt độ T.