bài giảng cân bằng pha

MỘT SỐ KHÁI NIỆMBậc tự do c Độ tự do: số thông số nhiệt động độc lập để xác định hệ ở cân bằng... Biểu diễn thành phần hệ 2 cấu tử1.. Biểu diễn thành phần hệ 3 cấu tử1.. CÂN BẰNG PHA TRO

CÂN BẰNG PHA

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

GV: Đào Ngọc Duy

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

Bậc tự do (c)

Độ tự do: số thông số nhiệt động độc lập để xác định hệ ở cân bằng

Thông số nhiệt động: thông số thành phần hệ (Ci, xi); thông số bên ngoài (T,P,…)

c = ∑thông số trạng thái - ∑phương trình liên hệ

c = 0: hệ vô biến

c = 1: hệ nhất biến

c = 2: hệ nhị biến

Bậc tự do (c)

Độ tự do: số thông số nhiệt động độc lập để xác định hệ ở cân bằng

Thông số nhiệt động: thông số thành phần hệ (Ci, xi); thông số bên ngoài (T,P,…)

c = ∑thông số trạng thái - ∑phương trình liên hệ

c = 0: hệ vô biến

c = 1: hệ nhất biến

c = 2: hệ nhị biến

Qui tắc pha Gibbs

Nếu có n thông số bên ngoài tác động vào hệ thì:

c = k – f + nNếu chỉ có 2 thông số bên ngoài tác động vào hệ (T,P): c = k – f + 2Nếu T hoặc P là hằng số: c = k – f + 1

Nếu cả T và P là hằng số: c = k - f

Nếu có n thông số bên ngoài tác động vào hệ thì:

c = k – f + nNếu chỉ có 2 thông số bên ngoài tác động vào hệ (T,P): c = k – f + 2Nếu T hoặc P là hằng số: c = k – f + 1

Nếu cả T và P là hằng số: c = k - f

Điều kiện cân bằng pha

CÁC QUY TẮC PHA

1 Qui tắc liên tục

CÁC QUY TẮC PHA

2 Qui tắc đường thẳng liên hợp

CÁC QUY TẮC PHA

3 Quy tắc đòn bẩy

CÁC QUY TẮC PHA

4 Qui tắc khối tâm

Biểu diễn thành phần hệ 2 cấu tử

1 Qui tắc liên tục

Biểu diễn thành phần hệ 3 cấu tử

1 Qui tắc liên tục

CÂN BẰNG PHA TRONG

HỆ 1 CẤU TỬ

Quy tắc pha Gibbs: c = k – f + 2

Quy tắc pha Gibbs cho hệ 1 cấu tử

k = 1:

f = 1 ⇒ c = 2

f = 2 ⇒ c = 1

f = 3 ⇒ c = 0

Quy tắc pha Gibbs: c = k – f + 2

Quy tắc pha Gibbs cho hệ 1 cấu tử

k = 1:

f = 1 ⇒ c = 2

f = 2 ⇒ c = 1

f = 3 ⇒ c = 0

CÂN BẰNG PHA TRONG

HỆ 1 CẤU TỬ

CÂN BẰNG PHA TRONG

HỆ 1 CẤU TỬ

ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT TỔNG ĐẾN ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA

Lỏng A

P + P’

Hơi A + Khí ≠

Ghơi Glỏng

Ptổng = P + P’

RT

P P

V P

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN NHIỆT CHUYỂN PHA λ

) ,

d

T P

C dT

∆

= λ λ ln λ

- Đối với cân bằng lỏng – hơi hoặc rắn – hơi:

- Đối với cân bằng lỏng – rắn: ∆V≈ 0

P

RT V

d

P

λ

λ = ∆ +

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA

L = H (λhóa hơi)

R = H (λthăng hoa)

∆V ≈ (Vhơi – Vlỏng(rắn)) Phương trình Clausius – Clapeyron I

λ

V

T P

V ≈ h ≈

∆

V T dT

P

d = λ

2

575 ,

4

) (

lg

T

cal dT

P

d = λ

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA

Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp, xem λ là hằng số:

j

dT T

P

d = λ

j RT

P = −λ/

lnP

α

1/T P

T

Trong khoảng nhiệt độ xác định T1 – T2: xem λ là hằng số

j

dT T

1

ln

T T

R P

ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT ĐẾN NHIỆT ĐỘ CHUYỂN PHA

Phương trình Clausius – Clapeyron I

λ

V

T P

T ≈ ∆

∆

∆

) (

3 , 41

)

(

cal

ml V

T dP

dT

λ

∆

=

GIẢN ĐỒ PHA CỦA NƯỚC

HÒA TAN KHÍ TRONG CHẤT LỎNG

Định luật Henry:

Ở nhiệt độ không đổi, độ hòa tan (phần mol

của chất tan torng dung dịch bão hòa) xi:

Xi = kH.Pi

kH: hằng số henry, chỉ phụ thuộc nhiệt

độ, không phụ thuộc áp suất và bản chất dung môi

Phạm vi áp dụng:

-Đúng cho dung dịch lý tưởng

-Chất tan dễ bay hơi của dung dịch vô cùng loãng

HÒA TAN KHÍ TRONG CHẤT LỎNG

Khí hòa tan vào kim loại lỏng: X2 (khí) = 2X (dd)

i H

x =

Định luật siverts

-Với dung dịch thực, áp suất cao, thường có sự sai lệch → thay nồng độ bằng hoạt độ

-Nếu vẫn 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 của nhiệt độ đến độ hòa tan khí/lỏng

2

ln

RT T

21

.

ln

0 T

dT R

x d

R

x i i

λ

•xi = 1 thì T = T0 (nhiệt độ sôi – nhiệt độ ngưng tụ)

•Xi là phần phân tử tương ứng của i trong dung dịch bão hòa (độ hòa tan) tại nhiệt độ T.

HÒA TAN RẮN TRONG LỎNG

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ tan của rắn trong lỏng

x

d i = λ

HÒA TAN RẮN TRONG LỎNG

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ tan của rắn trong lỏng

2

ln

RT

H dT

T

dT R

x i

) /

R

x i i

λ

Xi = 1 thì T = T 0 (nhiệt độ ngưng tụ (nóng chảy) i (rắn) → i (lỏng)

T nhiệt độ hòa tan chất i tương ứng với nồng độ xi

HÒA TAN LỎNG TRONG LỎNG

Định luật Raoult

Pi = kR.xi l

xi = 1 → kR = Pi 0

→ Pi = Pi 0.x i l

Đối với dung dịch lý tưởng 2 cấu tử tan lẫn vô

hạn, áp suất hơi bão hòa của mỗi chất tỉ lệ thuận

với phần phân tử của nó trong dung dịch.

Phạm vi áp dụng:

-Đúng cho dung dịch lý tưởng

-Có thể áp dụng cho dung môi của dung dịch vô

cùng loãng

So sánh định luật Raoult và định luật Henry