CÂN BẰNG LỎNG - RẮN

CÂN BẰNG LỎNG - RẮN

Bài 4: CÂN BẰNG LỎNG - RẮN

1.Tường trình thí nghiệm

1.1 Số liệu và giản đồ thực nghiệm

Ống 1 Ống 2 Ống 3 Ống 4 Ống 5 Ống 6 Ống 7 Ống 8

GIẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ - THỜI GIAN

Khối lượng Diphenilamin (g)

Khối lượng Naphtalen (g)

Thành phần % klg của Diphenilamin

Nhiệt

độ ( o C)

GIẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ - THÀNH PHẦN

1.2 Nhận xét và giải thích

Cân bằng lỏng- rắn không phụ thuộc nhiều vào áp suất ( ở khoảng vài atm)

 Trong giản đồ nhiệt độ - thời gian:

Các đường (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8) trong giản đồ nhiệt độ - tgian ở trên là các đường cong nguội lạnh tương ứng với thành phần cấu tử trong hỗn hợp khác nhau Đường (1),(8) biểu diễn đường cong nguội lạnh lần lượt của Diphenilamin và Naphtalen nguyên chất

Các điểm là điểm bắt đầu kết tinh của cấu tử Diphenilamin hoặc Naphtalen trong hỗn hợp

Ta nhận thấy các đường (2),(3),(4),(5),(6),(7) có cùng 1 thời điểm mà tại đó đồ thị của chúng là những đường nằm ngang.Điểm đó ứng với quá trình kết tinh Eutecti (có

sự kết tinh đồng thời của cả Diphenilamin và Naphtalen, vì dung dịch bão hòa cả hai cấu tử

B

 Trong giản đồ nhiệt độ - thành phần:

Đường AED là đường lỏng

Đuờng AadD là đường rắn

Ở vùng phía trên đường lỏng hệ tồn tại ở trạng thái dung dịch đồng nhất 1 pha lỏng

Ở vùng phía dưới đường rắn hệ dị thể gồm hai pha Diphenilamin rắn và Naphtalen rắn

Ở vùng giới hạn bởi hai đường rắn và lỏng hệ tồn tại hai pha cân bằng lỏng – rắn Điểm E gọi là điểm Eutecti

Đường cong AE mô tả nhiệt độ bắt đầu kết tinh của rắn Diphenilamin từ những dung dịch có thành phần nằm trong khoảng BC

Đường cong AE mô tả cân bằng giữa rắn Diphenilamin và dd bão hòa Diphenilamin nên nó mô tả sự phụ thuộc độ hòa tan của rắn Diphenilamin vào nhiệt

độ, vì vậy còn có thể gọi là đường hòa tan của Diphenilamin (hay đường kết tinh của Diphenilamin ).Tương tự như vậy đối với đường DE

Ta hạ nhiệt độ của hệ 2 chất rắn trên, khi nhiệt độ hạ đến T1 điểm biểu diễn hệ sẽ chạy từ Q dến L1.Tại điểm L1 hệ bão hòa cấu tử Naphtalen nên tinh thể rắn Naphtalen đầu tiên kết tinh ra và có điểm biểu diễn là K1.Bắt đầu từ đó hệ bao gồm hai pha cân bằng với nhau.Độ tự do c = k – f + 1 = 2 – 2 + 1 = 1 ( P=const )  nếu nhiệt độ của hệ thay đổi thì thành phần của pha lỏng sẽ thay đổi theo

Khi điểm pha lỏng đạt điểm eutecti, dung dịch bão hòa cả hai cấu tử, từ đó 2 chất rắn sẽ đồng thời kết tinh (cho đến khi toàn bộ hệ trở thành rắn), trong giai đọan đó hệ bao ồm ba pha cân bằng có c = k – f + 1 = 2 – 3 + 1 = 0  trong suốt quá trình kết tinh

ra hai pha rắn từ dd, nhiệt độ của hệ và thành phần pha lỏng không thay đổi

Dùng giản đồ nhiệt độ - thành phần ta có thể khảo sát định tính và định lượng các quá trình cân bằng lỏng – rắn xảy ra trong hệ hai cấu tử A-B.

2.Trả lời câu hỏi

2.1 Có kết luận gì về sự thay đổi nhiệt độ kết tinh của quá trình kết tinh dung dịch hai cấu tử với quá trình kết tinh dung dịch 1 cấu tử?

Đường nguội (hay đường kết tinh ) của 1 cấu tử nguyên chất gồm những nhánh gần như dốc thẳng đứng, chứng tỏ có sự nguội khá nhanh, khi tới nhiệt độ kết tinh thì

có một đọan thẳng ngang chứng tỏ nhiệt độ không đổi ; đó là do có nhiệt kết tinh được tỏa ra bù vào chổ mất nhiệt do nguội tự nhiên, kết quả là cấu tử đó kết tinh ở nhiệt độ không đổi ( dưới áp suất ngoài không đổi ).Sau khi đã kết tinh xong thì nhiệt độ mới lại tiếp tục hạ thấp, do đó lại có một nhánh dốc, nhưng kém dốc hơn nhánh đầu tiên

Đối với hỗn hợp hai cấu tử theo những thành phần khác nhau; những đường nguội thọat đầu cũng như một nhánh dốc gần thẳng đứng ( nguội nhanh ), khi tới nhiệt độ bắt đầu kết tinh thì nguội chậm lại do có nhiệt kết tinh được tỏa ra nhưng chưa đủ để làm cho nhiệt độ không đổi, điều này được phản ánh trên đường nguội bằng một nhánh dốc

ít hơn so với nhánh đầu tiên Sự kết tinh từ dung dịch sẽ cho tinh thể nguyên chất nào hoặc cả hai tinh thể cùng một lúc là tùy thuộc vào thành phần của mỗi cấu tử trong dung dịch so với thời điểm eutecti của hệ

2.2 Hỗn hợp Eutecti là gì? Ứng dụng

Ở áp suất không đổi, hỗn hợp eutecti sẽ kết tinh ở nhiệt độ không đổi theo đúng thành phần của nó ( phù hợp với độ tự do c = 0) Hỗn hợp eutecti có tính chất giống như một hợp chất hóa học, song nó không phải là một hợp chất hóa học mà chỉ là một hỗn hợp gồm những tinh thể rất nhỏ, rất mịn của hai pha rắn A và B nguyên chất kết tinh xen kẽ vào nhau

Khi có sự tác động của cả nhiệt độ và áp suất bên ngoài c = k - f + 2 = 2 - 3 + 2 =

1, cho thấy nếu áp suất thay đổi thì không những nhiệt độ kết tinh của dd eutecti thay đổi mà cả thành phần cảu hỗn hợp cũng thay đổi theo (như vậy nó không phải là một chất)

Hỗn hợp eutecti có khá nhiều ứng dụng trong thực tế, ví dụ ta muốn có “ thiếc hàn” nóng chảy ở nhiệt độ thấp , ngưới ta trộn thiếc (to

nc=232oC) và chì (to

nc=327oC) theo các thành phần thích hợp sẽ thu được các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn

200oC