Giản đồ pha - Chương 4: Giản đồ nóng chảy của các hệ bậc 3 ngưng kết

Giản đồ pha 1
1. KHÁI NIỆM VỀ GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY
CỦACÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
1.1. Cách biểu diễn giản đồ nóng chảy của hệ bậc
3 ngưng kết có chứa pha rắn
Việc nghiên cứu xây dựng giản đồ được tiến hành ở áp suất
không đổi là 1 atm nên:
T = C – P + 1 = 4 – P Pmax = 4 và Tmax = 3
 biểu diễn giản đồ nóng chảy của hệ bậc 3 ngưng kết phải
dùng giản đồ không gian 3 chiều
nvhoa102@yahoo.com
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 2
Trong đó: cạnh lăng trụ biểu
diễn hệ 1 cấu tử (cấu tử nguyên
chất), bề mặt lăng trụ biểu diễn
hệ 2 cấu tử, thể tích lăng trụ
biểu diễn hệ 3 cấu tử.
Các yếu tố hình học thể tích,
bề mặt, đường cong, điểm
tương ứng với các quá trình kết
tinh có thể có là làm lạnh không
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
có kết tinh, kết tinh bậc 1 (kết tinh 1 cấu tử), kết tinh bậc 2
(kết tinh 2 cấu tử), kết tinh bậc 3 (kết tinh 3 cấu tử).
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 3
1.2. Các phương pháp biểu diễn thành phần hệ
bậc 3 ngưng kết.
Phương pháp Ghipxơ - Rozebom
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
2
H
M
3
H
h
2
h
3
h
1
h
1
H H
A
%Kl C
%
K
l 
A
%
K
l 
B
B C
b
%
K
l 
B
b c
B
%Kl C
B
2
a
1
a
c
c
b
a
A
%
K
l 
A
2
CB C
A
1 A
2
C
1
P
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 4
1.3. Một số tính chất của tam giác thành phần
 Những điểm nằm trên đường thẳng song song với 1 cạnh
của tam giác biểu diễn các hệ bậc 3 có thành phần cấu tử
ở đỉnh đối diện bằng nhau.
 Những điểm nằm trên đường thẳng đi qua đỉnh của tam
giác biểu diễn các hệ bậc 3 có tỉ lệ thành phần không đổi
của 2 cấu tử tương ứng với 2 đỉnh còn lại của tam giác.
 Nếu khi trộn lẫn p phần khối lượng của hệ có điểm biểu
diễn là P với q phần khối lượng của hệ có điểm biểu diễn
là Q mà được r phần khối lượng của hỗn hợp có điểm
biểu diễn là R nằm giữa đoạn thẳng PQ thì:
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
p RQ
=
q PR
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 5
 Nếu có 3 hỗn hợp được biểu diễn bằng 3 điểm P, Q, R, có
khối lượng tương ứng là p, q, r và chúng tạo nên được
hỗn hợp mới có khối lượng là m và được biểu diễn bằng
điểm M nằm trong tam giác tạo bởi 3 điểm kia, thì M sẽ
là điểm trọng tâm khối lượng của 3 hỗn hợp đó và thỏa
mãn các biểu thức:
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
P Q R
M
px + qx + rx
x =
p + q + r
P Q R
M
py + qy + ry
y =
p + q + r
P Q R
M
pz + qz + rz
z =
p + q + r
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 6
1.4. Các loại giản đồ nóng chảy của các hệ bậc 3
ngưng kết
Giản đồ nóng chảy của các hệ bậc 3 ngưng kết có chứa pha
rắn cũng có nhiều loại như trong trường hợp hệ bậc 2 tương
ứng nhưng phức tạp hơn nhiều.
Ở đây chỉ tập trung khảo sát 3 loại giản đồ cơ bản và đơn
giản tương ứng các trường hợp hệ tạo thành ơtecti đơn giản,
hệ tạo thành dung dịch rắn liên tục và hệ tạo thành hợp chất
hóa học.
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 7
2. GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY TẠO THÀNH
ƠTECTI ĐƠN GIẢN
2.1. Dạng giản đồ và các yếu tố hình học
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
A'
1
A' 
A
1
E' 
B
3
A' 
E'
2
E' 
A''
3
C' 
B''
2
C' 
2
E 
B'
3
E 
C'
2
B' 
C''
1
B' 
C
3
E' 
E
1
E 
a. Các điểm:
 A’, B’, C’
 E1
’, E2
’, E3
’
 E’
 A, B, C
 E1, E2, E3, E
B' 
E 
1
A
A' 
A' 
1
E' 
1
3
A'
E
E 
B
2
E' 
E 
3
B' 
2
1
2
B'
3
E' 
C
C' 
2
C' 
3
C'
B'
A'
C'
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 8
b. Các bề mặt:
 Bề mặt cong A’E1
’B’E2
’C’E3
’A’ (A’E1
’E’E3
’A’ ; B’E2
’E’E1
’B’
; C’E3
’E’E2
’C’)
 Mặt phẳng A”B”C”
c. Các đường cong:
A’E1
’B’; B’E2
’C’; C’E3
’A’; E1
’E’; E2
’E’; E3
’E’
d. Các thể tích:
• 1 thể tích 1 pha lỏng L; 1 thể tích 3 pha rắn A + B + C
• 3 thể tích 2 pha; 3 thể tích 3 pha
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 9
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 10
e. Hình chiếu bề mặt kết tinh trên tam giác đáy:
• Các cạnh tam giác đáy.
• Các đường cong E1E, E2E, E3E
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
• Các vùng AE1EE3A,
BE2EE1B, CE3EE2C
• Mũi tên chỉ hướng
giảm nhiệt độ.
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 11
f. Các mặt cắt đẳng nhiệt và đa nhiệt:
• Mặt cắt đẳng nhiệt thu được khi cắt giản đồ không gian
bằng mặt phẳng nằm ngang song song với mặt phẳng đáy
ở nhiệt độ nhất định. Qua mặt cắt đẳng nhiệt, nó cho biết
có những vùng pha nào tồn tại ở nhiệt độ khảo sát.
• Mặt cắt đa nhiệt thu được khi cắt giản đồ không gian
bằng mặt phẳng thẳng đứng tương ứng với dãy thành
phần nhất định. Nó có dạng tương tự giản đồ nóng chảy
của hệ bậc 2. Tuy nhiên mặt cắt đa nhiệt chỉ có tính chất
định tính, không thể áp dụng quy tắc đòn bẩy để tính
lượng các pha nằm cân bằng.
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 12
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Mặt cắt đẳng nhiệt T1
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 13
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Mặt cắt đẳng nhiệt T2
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 14
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Mặt cắt đẳng nhiệt T3
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 15
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Mặt cắt đẳng nhiệt T4
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 16
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Mặt cắt đẳng nhiệt T5
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 17
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Mặt cắt đa nhiệt
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 18
2.2. Khảo sát quá trình kết tinh và tính toán lượng
các pha tạo thành
Thường khảo sát quá trình kết tinh trên hình chiếu bề mặt kết
tinh vì nó đơn giản dễ tính toán lượng các pha tạo thành.
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
M
EB
1
L
E
1
R
E
E
3
A
C
Ví dụ: Xét quá trình kết tinh
bằng cách làm lạnh hỗn hợp M
trên hình chiếu bề mặt kết tinh.
 Kết tinh bậc 1
 Kết tinh bậc 2
 Kết tinh bậc 3
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 19
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Ví dụ: Xét quá trình kết
tinh và tính lượng các pha
tạo thành trong quá trình
kết tinh 100 kg dung dịch
có điểm hệ tại a.
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 20
3. GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY HỆ TẠO THÀNH
DUNG DỊCH RẮN
3.1. Dạng giản đồ và các yếu tố hình học
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 21
Các mặt cắt đẳng nhiệt
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 22
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Các mặt cắt đa nhiệt
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 23
3.2. Khảo sát quá trình kết tinh
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Trên giản đồ không gian: Xét
hỗn hợp M’
 Làm lạnh pha lỏng L: điểm
hệ từ M’ l1
’
 Kết tinh dung dịch rắn :
điểm hệ từ l1
’ s3
’
 Làm lạnh dung dịch rắn :
điểm hệ từ s3
’ M
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 24
4. GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY HỆ TẠO THÀNH
HỢP CHẤT HÓAHỌC
Các hợp chất hóa học tạo thành từ 2 cấu tử nào đó (bậc 2)
hay 3 cấu tử (bậc 3), có thể tương hợp hay không tương hợp.
4.1. Hệ tạo thành hợp chất bậc 2 tương hợp
Ví dụ hệ A – B có tạo thành hợp chất S nóng chảy tương hợp
Mặt phẳng thẳng đứng C’CSS’ là mặt cắt bậc 2 giả.
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 25
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
4
1
5
3
2
2
1
B
E'
A'
C
S
e
e
M
S'
N
e''
A
E
E
A'
B
B'
A
C'
e'
B'
C
E
C'
e
e
S e
3
4
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 26
4.2. Hệ tạo thành hợp chất bậc 2 nóng chảy không
tương hợp
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
B
e
A'
A
e'
C
C
S
BA
3
e
1
e
2
E
P
p S
B'
P'
S'
Ví dụ: Hệ A – B, tạo thành hợp
chất S nóng chảy bị phân hủy.
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 27
Xét quá trình kết tinh
 Hỗn hợp M
 Kết tinh cấu tử B (L ⇌ B)
 Kết tinh nhất biến không tương
hợp (L + B ⇌ S)
 Kết tinh vô biến không tương hợp
(L + B⇌ S + C)
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 28
 Hỗn hợp N:
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
• Kết tinh B (L⇌ B)
• Kết tinh nhất biến peritecti hòa tan B tách S (L + B ⇌ S)
• Kết tinh S (L⇌ S)
• Kết tinh nhất biến ơtecti C, S (L⇌ C +S)
• Kết tinh vô biến
ơtecti của A, S, C
(LE ⇌ A + S + C)
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 29
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
 Hỗn hợp G:
• Kết tinh C (L⇌ C)
• Kết tinh nhất biến ơtecti C,
B (L⇌ C + B)
• Kết tinh vô biến peritecti
hòa tan B tách C, S (LP +
B ⇌ C +S)
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 30
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
 Hỗn hợp H:
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 31
• Kết tinh C (L ⇌ C): điểm pha lỏng từ H L5, điểm pha
rắn ở nguyên tại C.
• Kết tinh nhất biến ơtecti C, B (L ⇌ C +B): điểm pha
lỏng từ L5 P, điểm pha rắn từ C R3.
• Kết tinh vô biến peritecti hòa tan B tách S, C (LP + B ⇌
C +S): điểm pha lỏng ở nguyên tại P, điểm pha rắn từ R3
 R4.
• Kết tinh nhất biến ơtecti C, B (L ⇌ C + B): điểm pha
lỏng từ P E, điểm pha rắn từ R4 R5.
• Kết tinh vô biến ơtecti A, S, C (LE ⇌ A + S +C): điểm
pha lỏng ở nguyên tại E, điểm pha rắn từ R5 H.
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 32
4.3. Hệ tạo thành hợp chất bậc 3 tương hợp
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
3
S
Be
C
3
A
S
e
e
E
E
e
e
A
E
1
C
B
e
24
1
2
6
5
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 33
4.4. Tính toán trên giản đồ nóng chảy hệ bậc 3 tạo
thành hợp chất hóa học
a. Trường hợp tạo thành hợp chất bậc 2 tương hợp
Ví dụ: Tính lượng và thành phần các pha tạo thành trong quá
trình kết tinh hỗn hợp M (20% A, 50% B, 30%C) có khối
lượng là 1000 kg.
b. Trường hợp hệ tạo thành hợp chất bậc 2 không tương
hợp
Ví dụ: Tính lượng và thành phần các pha tạo thành khi kết
tinh hỗn hợp H chứa 2160 mol các cấu tử A (10%), B
(40%), C (50%).
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 34
CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NÓNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT
3
S
L
C2A
5
e
E
e
e
4
M
2
e
B
1
e
R
E
% Khoái löôïng C