Bài giảng Giản đồ pha: Chương 2 - Nguyễn Văn Hòa

Bài giảng Giản đồ pha - Chương 2: Giản đồ nóng chảy của các hệ bậc 2 ngưng kết cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm về hệ bậc 2 ngưng kết có chứa pha rắn và giản đồ nóng chảy, giản đồ nóng chảy hệ tạo thành dung dịch rắn liên tục, giản đồ nóng chảy hệ tạo thành hỗn hợp Ơtecti đơn giản, giản đồ nóng chảy hệ tạo thành hợp chất hóa học,... Mời các bạn cùng tham khảo.

1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ BẬC 2 NGƯNG KẾT CÓ CHỨA PHA RẮN VÀ GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY

1.1 Khái niệm chung về các hệ bậc 2

 Hệ bậc 2 là những hệ gồm 2 cấu tử Bao gồm: hệ lỏng –

lỏng; hệ rắn–hơi; hệ rắn–lỏng; hệ rắn–rắn; hệ lỏng–hơi.

 Biểu thức quy tắc pha có dạng: T = 2 – P + 2 = 4 – P

 Thành phần của các hệ bậc 2 được biểu diễn: lượng cấu

tử này đối với lượng nhất định cấu tử kia Ví dụ: g/100g;

số mol/1000mol…hoặc % khối lượng, % mol (nguyên tử,phân tử)…

1.2 Khái niệm về các hệ bậc 2 ngưng kết có chứa pha rắn và giản đồ nóng chảy

 Là những hệ trong đó các quá trình hóa học thường xảy

ra ở những điều kiện áp suất thực tế không thay đổi (thường ở áp suất khí quyển).

 Tính chất vật lý được sử dụng: nhiệt độ nóng chảy.

 Thông số trạng thái: thành phần của 1 trong 2 cấu tử và

nhiệt độ.

 Giản đồ trạng thái như vậy được gọi là giản đồ nóng chảy

 Quy tắc pha trong trường hợp này có dạng:

T = 2 – P + 1 = 3 – PKhi Tmin = 0 thì Pmax = 3; Khi Pmin = 1 thì Tmax = 2

1.3 Phương pháp biểu diễn và xây dựng giản đồ nóng chảy của hệ bậc 2

a Phương pháp biểu diễn

 Biểu diễn trên hệ tọa độ mặt phẳng, trong đó:

• Trục hoành biểu diễn thành phần hỗn hợp (trục thành phần)

• Trục tung biểu diễn nhiệt độ (trục nhiệt độ)

A B

B

T

TAt

b Phương pháp thực nghiệm xây dựng giản đồ nóng chảy

 Phương pháp chính để xây dựng giản đồ nóng chảy là

phân tích nhiệt Cơ sở của phương pháp:

hỗn hợp của hệ khảo sát

này xây dựng giản đồ nóng chảy của hệ khảo sát



Ngoài phương pháp phân tích nhiệt người ta còn dùng thêmcác phương pháp vi cấu trúc và phân tích cấu trúc bằng tia Xkết hợp khảo sát để tăng độ chính xác trong xây dựng giản

L+A L+A+B

được biểu diễn bằng điểm P chia

đoạn thẳng MN theo tỉ lệ như sau:

P

B x

N M

x A

o

t

x

Từ quy tắc đòn bẩy rút ra:

 Khi từ hệ toàn phần tách ra thành 2 hệ riêng phần nằm

cân bằng với nhau ở nhiệt độ nhất định thì các điểm biểudiễn hệ toàn phần và 2 hệ riêng phần phải nằm trên 1đường thẳng, trong đó điểm biểu diễn hệ toàn phần phảinằm giữa 2 điểm biểu diễn hệ riêng phần và chia đườngthẳng đó thành 2 phần theo tỉ lệ nhất định

 Để xác định tỉ lệ khối lượng hoặc khối lượng tuyệt đối

của các pha tạo thành cần đo chiều dài các đoạn thẳngphân chia đã nói rồi dùng quy tắc đòn bẩy tính toán

1.5 Các loại hệ bậc 2 ngưng kết (có chứa pha rắn)

 Hệ tạo thành dung dịch rắn liên tục (loại I)

 Hệ tạo thành hỗn hợp ơtecti đơn giản (loại II)

 Hệ tạo thành hợp chất hóa học (loại III):

 Hệ tạo thành dung dịch rắn không liên tục (loại IV)

 Hệ phân lớp (loại V)

2 GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY HỆ TẠO THÀNH DUNG DỊCH RẮN LIÊN TỤC

2.1 Khái niệm về dung dịch rắn

 Dung dịch rắn là chất tinh thể có mạng tinh thể cấu tạo từ

2 hay nhiều chất do các tiểu phân chất tan xâm nhập vàomạng tinh thể dung môi tạo thành một pha tinh thể đồngnhất có thành phần thay đổi

 Có 2 loại dung dịch rắn chính: xen kẻ (a) - là loại dung

dịch rắn không liên tục và thay thế (b) - có thể là dung

dịch rắn liên tục hoặc không liên tục

Điều kiện tạo thành dung dịch rắn: các cấu tử phải gần nhau

về tính chất hóa học, kích thước và kiểu mạng tinh thể

(a) – xen kẽ (b) – thay thế

2.2 Dạng giản đồ và các yếu tố hình học

a Dạng giản đồ

b Các yếu tố hình học: Đường cong; Vùng pha

M 2''

Các kiểu giản đồ:

Ví dụ:

c Khảo sát quá trình kết tinh

Xét quá trình kết tinh khi làm lạnh hỗn hợp lỏng M:

3 GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY HỆ TẠO THÀNH HỖN HỢP ƠTECTI ĐƠN GIẢN

3.2 Các yếu tố hình học

Giản đồ có 3 loại yếu tố hình học: điểm, đường và vùng.

 Điểm E: được gọi là điểm ơtecti, nó là yếu tố điểm duy

nhất với nhiệt độ bắt đầu kết tinh thấp nhất của hệ, gọi nó

là nhiệt độ ơtecti.

rắn nằm ngang CED.

 Vùng: có 4 vùng pha Vùng nằm trên đường cong lỏng là

vùng 1 pha lỏng L Vùng nằm dưới đường thẳng rắn làvùng 2 pha rắn A và B Hai vùng nằm giữa các đườnglỏng và rắn là những vùng 2 pha, gồm 1 lỏng và 1 rắn:

3.3 Khảo sát quá trình kết tinh

3.4 Tính toán lượng các pha tạo thành trong quá trình kết tinh

Ví dụ: Tính toán khối lượng các pha tạo thành trong quá

trình kết tinh 100 kg hỗn hợp M của hệ bậc 2 KCl – LiCl

 Tính khối lượng KCl kết tinh từ pha lỏng ở nhiệt độ

500 0 C

 Tính khối lượng KCl thu được vào cuối quá trình kết tinh

KCl

4 GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY HỆ TẠO THÀNH HỢP CHẤT HÓA HỌC

4.1 Giản đồ nóng chảy hệ tạo thành hợp chất tương hợp

A B m n

L +A

C

G T

T t

M L

4.2 Giản đồ nóng chảy hệ tạo thành hợp chất không tương hợp

L+A

D 3

E

N L

1 2

3

L+ B

L+A Bm nL+B+A Bm n

n

L+A+A Bm

Điểm cực đại ẩn M’

Điểm P

Đường thẳng nằm ngang peritecti PMQ

b Khảo sát quá trình kết tinh hỗn hợp N

c Tính toán lượng các pha tạo thành

5 GIẢN ĐỒ HỆ TẠO THÀNH DUNG DỊCH RẮN KHÔNG LIÊN TỤC

Khi nóng chảy các cấu tử A và B hòa tan tạo thành 1 dung dịch lỏng, còn khi kết tinh chúng hòa tan hạn chế vào nhau tạo thành vài dãy dung dịch rắn.

5.1 Trường hợp tạo thành ơtecti

a Dạng giản đồ và các yếu tố hình học

 Điểm ơtecti E

 Đường cong

 Vùng pha

b Khảo sát quá trình kết tinh

c Tính toán lượng các pha tạo thành của hệ N tại B, riêng

E và C

5.2 Trường hợp tạo thành peritecti

5

L+  + 



L+ 

Điểm peritecti P (hay điểm chuyển P)

b Khảo sát quá trình kết tinh

6 GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY HỆ PHÂN LỚP (Ở TRẠNG THÁI LỎNG)

Các cấu tử hòa tan hạn chế vào nhau khi nóng chảy Khi kếttinh, pha rắn tách ra có thể là cấu tử nguyên chất, hợp chấthóa học hoặc dung dịch rắn

6.1 Dạng giản đồ và các yếu tố hình học

Đường cong lưỡng phân FKG (đường bảo hòa giới hạn)

Điểm K trên đường cong này được gọi là điểm tới hạn và

6.2 Khảo sát quá trình kết tinh hỗn hợp M:

 Hình trang 34