X F+ C F= 2F + CF.
5. Cân bằng trong hệ nhiều cấu tử
Trong hệ nhiều cấu tử, ngồi các thơng số trạng thái là nhiệt độ và áp suất cịn có các thơng số về thành phần của các cấu tử trong hệ. Cân bằng pha trong trường hợp này chủ yếu được nghiên cứu dựa vào giản đồ trạng thái. Vì có nhiều thơng số nên giản đồ cũng cần nhiều trục biểu diễn nên rất phức tạp và khó thấy. Ðể đơn giản, người ta nghiên cứu cân bằng pha trong điều kiện cố định một hay một số thông số trạng thái để giản đồ chỉ còn lại hai hay ba chiều.
Giản đồ được chia làm 6 vùng (miền):
- Vùng (1): Hệ đồng thể một pha: dung dịch NaCl trong nước.
- Vùng (2): Hệ hai pha cân bằng nhau: dung dịch lỏng tinh thể H2O.
Vùng (3): Hệ hai pha cân bằng nhau: dung dịch lỏng tinh thể NaCl.
- Vùng (4): Hệ hai pha cân bằng nhau: dung dịch lỏng tinh thể . - Vùng (5): Hệ hai pha riêng: Tinh thể .
- Vùng (6): Hệ hai pha riêng: Tinh thể NaCl và tinh thể . Từ giản đồ trên ta có thể xác định được nhiều tính chất của hệ cân bằng.
Ví dụ: Làm lạnh một dung dịch muối ăn có nồng độ khoảng 15% từ nhiệt độ 40o
C
(điểm A), từ nước kết tinh thành tinh thể H2O. Do H2O kết tinh tách khỏi dung dịch nên nồng độ NaCl trong dung dịch tăng dần theo sự giảm nhiệt độ, tức điểm biểu diễn (tọa độ) của dung dịch lỏng chuyển dần từ
. Từ đây dung dịch bắt đầu kết tinh thêm tinh thể
. Do giản đồ được xây dựng trong điều kiện áp suất khơng đổi và có trị số đủ lớn ( để xem như dung dịch không bay hơi ) nên cơng thức tính bậc tự do f của hệ là:
f = C - F + 1 ( Khi T hoặc P không đổi ) (C = 2; F = 3) => f = 2 - 3 + 1 = 0
Vì vậy, khi hệ có 3 pha cân bằng thì bậc tự do của hệ bằng 0 (hệ vô biến).
Như vậy, trong thời gian hệ kết tinh đồng thời hai loại tinh thể thì nhiệt độ cũng như thành phần các pha không đổi. Hỗn hợp Muối - Nước ứng với điểm E, cũng như các hệ hai, ba tử bất kỳ có tính chất như vậy (kết tinh ứng với nhiệt độ và thành phần các pha không đổi, tương tự như một chất nguyên chất) được gọi là hỗn hợp eutectic (eutectique, ơ-tec-ti, xuất phát từ tiếng Hy Lạp eutektos, có nghĩa là dễ nóng chảy). Q trình kết tinh kết thúc tại điểm E.
Nếu có một hỗn hợp nước đá đang tan ( 0oC; 1atm ) mà lại thêm dần muối ăn vào thì điểm cân bằng hai pha (dung dịch lỏng nước đá) cũng sẽ chuyển dần về điểm E, ứng với nhiệt độ cân bằng thấp dần. Bằng cách thêm muối vào nước đá, người ta có thể tạo được hỗn hợp sinh hàn (làm lạnh) có nhiệt độ thấp hơn 0oC, mà trong trường hợp lý tưởng có thể đạt đến - 21oC.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu Phú, Hóa lý và hóa keo, NXB KH-KT, 2002
2. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, Hóa lý tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, 1998.
3. Nguyễn Đình Huề - Giáo Trình Hóa lý T1,2. Nhà xuất bản Giáo dục, 2000 . 4. Nguyễn Văn Duệ - Nhiệt Động học NXBGD Hà Nội 1989.
5. Nguyễn Văn Duệ - Trần Nguyễn Hiệp Hải . Bài Tập Hóa lý NXBGD 1977 6. La Đồng Minh - Câu hỏi và bài tập hóa lý. NXBGD 1973.
7. Lâm Ngọc Thiềm - Bài tập hố lí cơ sở, Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật, 2003. 8. P.W. Atkins; “Physical chemistry”, Oxford university press 1998.