Giản đồ pha - Chương 1: Mở đầu

Giản đồ pha 1
1. KHÁI NIỆM VỀ LÝ THUYẾT GIẢN ĐỒ 
TRẠNG THÁI CÂN BẰNG PHA (giản đồ pha)
 Phương pháp truyền thống cổ điển nghiên cứu các tương
tác hóa học là phương pháp chế luyện.
 Phương pháp nghiên cứu mới là phương pháp giản đồ
pha – là phương pháp phân tích hình học các đồ thị biểu
diễn sự phụ thuộc giữa các tính chất  (vật lý, hóa học, cơ
học) và những thông số xác định trạng thái cân bằng
của hệ như thành phần x, nhiệt độ t, áp suất p, năng
lượng E Tức là khảo sát hàm số f(, x, t, p, E ) = 0.
nvhoa102@yahoo.com
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
Giản đồ pha 2
2. CÁC KHÁI NIỆM VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CỦA GIẢN ĐỒ PHA
2.1. Các khái niệm
a. Hệ (vật chất)
 Hệ là tập hợp của 1 hay nhiều chất có thành phần, nhiệt
độ, áp suất nhất định.
 Hệ vật lý là hệ không có tương tác hóa học xảy ra, còn hệ
hóa học có tương tác hóa học xảy ra.
nvhoa102@yahoo.com
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
Giản đồ pha 3nvhoa102@yahoo.com
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
b. Cấu tử
 Cấu tử là những chất riêng biệt tối thiểu cần thiết để tạo
thành hệ.
Ví dụ: Hệ nước đá – nước lỏng – hơi nước chỉ có 1 cấu tử
là nước; hệ dung dịch muối ăn trong nước có 2 cấu tử là
NaCl và nước.
 Những hệ có tương tác hóa học xảy ra thì số cấu tử bằng
số chất riêng biệt trừ đi số phản ứng xảy ra giữa chúng.
Ví dụ: Hệ gồm CaCO3, CaO và CO2 có xảy ra phản ứng:
CaCO3 = CaO + CO2 nên số cấu tử bằng 3 – 1 = 2.
Giản đồ pha 4nvhoa102@yahoo.com
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
c. Pha
 Pha là tập hợp tất cả những phần đồng nhất của hệ về
thành phần, cấu tạo, tính chất và được phân chia với các
phần khác bằng bề mặt phân chia.
Ví dụ: hệ 1 cấu tử nước đá – nước lỏng – hơi nước có 3
pha; hệ gồm có cát và sỏi có 2 pha.
 Hợp chất hóa học là pha có thành phần cố định, còn dung
dịch là pha có thành phần thay đổi.
Giản đồ pha 5nvhoa102@yahoo.com
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
d. Trạng thái cân bằng
 Trạng thái cân bằng là trạng thái không thay đổi theo thời
gian. Ở trạng thái này thành phần, nhiệt độ, áp suất không
những không thay đổi mà còn phải giống nhau ở mọi
điểm của hệ. 
 Theo khái niệm này: hệ là tập hợp các pha ở trạng thái
cân bằng, hệ đồng thể có 1 pha, hệ dị thể có nhiều pha.
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 6
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
e. Thông số trạng thái
 Thông số trạng thái là những đại lượng vật lý xác định
trạng thái của hệ.
Ví dụ: thành phần,
nhiệt độ, áp suất,
năng lượng
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 7
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
f. Số bậc tự do hay biến độ
 Số bậc tự do là số thông số trạng thái của hệ cân bằng có
thể tự do thay đổi mà không làm thay đổi số pha và bản
chất các pha của hệ.
Ví dụ: hệ gồm hơi nước có số bậc tự do là 2 (nhiệt độ và
áp suất), hệ gồm hơi nước và nước lỏng có 1 bậc tự do
(nhiệt độ hoặc áp suất), còn hệ gồm nơi nước, nước lỏng
và nước đá không có bậc tự do nào cả (nghĩa là có nhiệt
độ và áp suất hoàn toàn xác định).
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 8
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
g. Phân loại hệ
Các hệ có thể được phân loại theo cấu tử, pha hay biến độ.
 Theo cấu tử hệ được phân thành: hệ 1 cấu tử (hệ bậc 1),
hệ 2 cấu tử (hệ bậc 2)
 Theo pha hệ được phân thành: hệ 1 pha, hệ 2 pha
 Theo biến độ hệ được phân thành: hệ vô biến (có số bậc
tự do bằng không), hệ nhất biến (có số bậc tự do bằng 1),
hệ nhị biến (có số bậc tự do bằng 2)
Ví dụ: hệ hơi nước – nước lỏng là hệ bậc 1, hệ 2 pha và hệ
nhất biến; dd muối ăn là hệ bậc 2, hệ 1 pha và hệ nhị biến.
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 9
2.2. Quy tắc pha
 Nếu gọi số cấu tử là C, số pha là P và số bậc tự do là T thì
quy tắc pha thường được biểu diễn bằng biểu thức toán
học sau:
T = C – P + 2
Số bậc tự do của hệ cân bằng, mà chỉ chịu ảnh hưởng
của các thông số bên ngoài là nhiệt độ và áp suất, bằng
số cấu tử trừ số pha cộng 2.
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 10
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
 Nếu số thông số bên ngoài thay đổi thì biểu thức quy tắc
pha thay đổi.
Ví dụ: Đối với hệ ngưng kết người ta xem áp suất là hằng
số nên biểu thức quy tắc pha có dạng:
T = C – P + 1
Đối với hệ bậc 1 chỉ chứa 1 cấu tử là nước thì quy tắc pha
áp dụng vào hệ này có dạng: 
T = 3 – P
Đối với hệ bậc 1 ngưng kết có chứa 1 pha rắn, quy tắc pha
được biểu diễn: T = 2 – P
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 11
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
2.3. Nguyên tắc liên tục và tương ứng
a. Nguyên tắc liên tục
Khi các thông số xác định
trạng thái của hệ thay đổi
liên tục thì tính chất của các
pha riêng biệt thay đổi liên
tục và tính chất của toàn hệ
cũng thay đổi liên tục nếu
không có pha mới xuất hiện
hoặc pha cũ mất đi.
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 12
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
b. Nguyên tắc tương ứng
Mỗi tập hợp pha nằm cân bằng với nhau trong hệ đã cho
tương ứng với 1 dạng hình học nhất định trên giản đồ pha.
Ví dụ: Xét giản đồ nóng chảy của hệ bậc 2 kiểu ơtecti.
BA
x
%
t
T
C
A
A+ B
L+A
E
o
L+B
D
E
T
BL
Giản đồ này có các yếu tố hình học:
• Điểm: ơtecti E
• Đường: TAE, TBE, CED
• Vùng: vùng trên TAETB, vùng
TACE; vùng TBDE; vùng dưới
CED
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 13
CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU
3. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÂY
DỰNG GIẢN ĐỒ PHA
 Đó là các phương pháp đo các tính chất vật lý của hệ cân
bằng.
 Để xây dựng giản đồ pha được chính xác người ta thường
dùng nhiều phương pháp cùng một lúc. Tùy thuộc vào
bản chất hệ nghiên cứu mà sử dụng các phương pháp
thích hợp.
Ví dụ: đối với các hệ ngưng kết có chứa pha rắn có thể dùng
các phương pháp: đo các tính chất nhiệt, đo tính chất điện,
xác định cấu trúc, đo độ cứng, đo khối lượng riêng