›
›

Bài giảng Giản đồ pha - Chương 4: Giản đồ nóng chảy của các hệ bậc 3 ngưng kết - Nguyễn Văn Hòa

pdf 34 trang ngocly 1120
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Giản đồ pha - Chương 4: Giản đồ nóng chảy của các hệ bậc 3 ngưng kết - Nguyễn Văn Hòa", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_gian_do_pha_chuong_4_gian_do_nong_chay_cua_cac_he.pdf

Nội dung text: Bài giảng Giản đồ pha - Chương 4: Giản đồ nóng chảy của các hệ bậc 3 ngưng kết - Nguyễn Văn Hòa

  1. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 1. KHÁI NIỆM VỀ GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 1.1. Cách biểu diễn giản đồ nĩng chảy của hệ bậc 3 ngưng kết cĩ chứa pha rắn Việc nghiên cứu xây dựng giản đồ được tiến hành ở áp suất khơng đổi là 1 atm nên: T = C – P + 1 = 4 – P Pmax = 4 và Tmax = 3 biểu diễn giản đồ nĩng chảy của hệ bậc 3 ngưng kết phải dùng giản đồ khơng gian 3 chiều Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 1
  2. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Trong đĩ: 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 cĩ thể cĩ là làm lạnh khơng cĩ 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 2
  3. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 1.2. Các phương pháp biểu diễn thành phần hệ bậc 3 ngưng kết. Phương pháp Ghipxơ - Rozebom A A b c %Kl A %Kl A A1 A 2 %Kl B h H %Kl Bc 2 P b H 3 h M B C 3 h 2 1 2 a h a 1 B c B a C b C H H 1 2 B 1 C %Kl C %Kl C Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 3
  4. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 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 cĩ 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 cĩ tỉ lệ thành phần khơng đổi của 2 cấu tử tương ứng với 2 đỉnh cịn lại của tam giác.  Nếu khi trộn lẫn p phần khối lượng của hệ cĩ điểm biểu diễn là P với q phần khối lượng của hệ cĩ điểm biểu diễn là Q mà được r phần khối lượng của hỗn hợp cĩ điểm p RQ biểu diễn là R nằm giữa đoạn thẳng PQ thì: = q PR Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 4
  5. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT  Nếu cĩ 3 hỗn hợp được biểu diễn bằng 3 điểm P, Q, R, cĩ khối lượng tương ứng là p, q, r và chúng tạo nên được hỗn hợp mới cĩ 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 đĩ và thỏa mãn các biểu thức: px+PQR qx+ rx pyPQR + qy + ry x= y=M M p + q + r p + q + r pz + qz + rz z= PQR M p + q + r Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 5
  6. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 1.4. Các loại giản đồ nĩng chảy của các hệ bậc 3 ngưng kết Giản đồ nĩng chảy của các hệ bậc 3 ngưng kết cĩ chứa pha rắn cũng cĩ 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 hĩa học. Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 6
  7. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 2. GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY TẠO THÀNH ƠTECTI ĐƠN GIẢN 2.1. Dạng giản đồ và các yếu tố hình học C' a. Các điểm: A' E' C' 3 A' E' A' C' 3 3 3 C' A’, B’, C’ A' 3 A' 3 1 B' E' C' E 1 2 A 3 C ’ ’ ’ C' A' 2 E1 , E2 , E3 A'' C'' 1 E' E 2 A' E C' 1 E B' E' 2 1 E'2 E' E’ B' E 1 A 2 3 C B B'' B' B'2 1 A, B, C B' B' E E E 1 2 E1, E2, E3, E B Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 7
  8. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT b. Các bề mặt: ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ Bề mặt cong AE1 B E2 C E3 A (AE1 E E3 A ; B E2 E E1 B ’ ’ ’ ’ ’ ; C E3 E E2 C ) Mặt phẳng A”B”C” c. Các đường cong: ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ AE1 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 Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 8
  9. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 9
  10. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT e. Hình chiếu bề mặt kết tinh trên tam giác đáy: • Các cạnh tam giác đáy. • Các đường cong E1E, E2E, E3E • Các vùng AE1EE3A, BE2EE1B, CE3EE2C • Mũi tên chỉ hướng giảm nhiệt độ. Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 10
  11. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT f. Các mặt cắt đẳng nhiệt và đa nhiệt: • Mặt cắt đẳng nhiệt thu được khi cắt giản đồ khơng gian bằng mặt phẳng nằm ngang song song với mặt phẳng đáy ở nhiệt độ nhất định. Qua mặt cắt đẳng nhiệt, nĩ cho biết cĩ những vùng pha nào tồn tại ở nhiệt độ khảo sát. • Mặt cắt đa nhiệt thu được khi cắt giản đồ khơng gian bằng mặt phẳng thẳng đứng tương ứng với dãy thành phần nhất định. Nĩ cĩ dạng tương tự giản đồ nĩng chảy của hệ bậc 2. Tuy nhiên mặt cắt đa nhiệt chỉ cĩ tính chất định tính, khơng thể áp dụng quy tắc địn bẩy để tính lượng các pha nằm cân bằng. Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 11
  12. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Mặt cắt đẳng nhiệt T1 Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 12
  13. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Mặt cắt đẳng nhiệt T2 Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 13
  14. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Mặt cắt đẳng nhiệt T3 Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 14
  15. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Mặt cắt đẳng nhiệt T4 Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 15
  16. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Mặt cắt đẳng nhiệt T5 Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 16
  17. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Mặt cắt đa nhiệt Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 17
  18. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 2.2. Khảo sát quá trình kết tinh và tính tốn lượng các pha tạo thành Thường khảo sát quá trình kết tinh trên hình chiếu bề mặt kết tinh vì nĩ đơn giản dễ tính tốn lượng các pha tạo thành. Ví dụ: Xét quá trình kết tinh A bằng cách làm lạnh hỗn hợp M R trên hình chiếu bề mặt kết tinh. M E E  Kết tinh bậc 1 1 3  Kết tinh bậc 2 L E B E C  Kết tinh bậc 3 1 Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 18
  19. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG 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 cĩ điểm hệ tại a. Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 19
  20. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 3. GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY HỆ TẠO THÀNH DUNG DỊCH RẮN 3.1. Dạng giản đồ và các yếu tố hình học Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 20
  21. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Các mặt cắt đẳng nhiệt Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 21
  22. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Các mặt cắt đa nhiệt Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 22
  23. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 3.2. Khảo sát quá trình kết tinh Trên giản đồ khơng 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 23
  24. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 4. GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY HỆ TẠO THÀNH HỢP CHẤT HĨA HỌC Các hợp chất hĩa học tạo thành từ 2 cấu tử nào đĩ (bậc 2) hay 3 cấu tử (bậc 3), cĩ thể tương hợp hay khơng tương hợp. 4.1. Hệ tạo thành hợp chất bậc 2 tương hợp Ví dụ hệ A – B cĩ tạo thành hợp chất S nĩng chảy tương hợp Mặt phẳng thẳng đứng C’CSS’ là mặt cắt bậc 2 giả. Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 24
  25. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT C' C' C E E' 3 4 e 4 C e3 e5 A' e'' e' A S B B' M N e A 1 S e2 B E E 2 1 B' S' A' Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 25
  26. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 4.2. Hệ tạo thành hợp chất bậc 2 nĩng chảy khơng tương hợp C C e 2 e 3 P E B A S A B e 1 p S e' S' A' P' Ví dụ: Hệ A – B, tạo thành hợp chất S nĩng chảy bị phân hủy. B' Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 26
  27. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT Xét quá trình kết tinh  Hỗn hợp M Kết tinh cấu tử B (L ⇌ B) Kết tinh nhất biến khơng tương hợp (L + B ⇌ S) Kết tinh vơ biến khơng tương hợp (L + B ⇌ S + C) Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 27
  28. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT  Hỗn hợp N: • Kết tinh B (L ⇌ B) • Kết tinh nhất biến peritecti hịa tan B tách S (L + B ⇌ S) • Kết tinh S (L ⇌ S) • Kết tinh nhất biến ơtecti C, S (L ⇌ C +S) • Kết tinh vơ biến ơtecti của A, S, C (LE ⇌ A + S + C) Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 28
  29. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG 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 vơ biến peritecti hịa tan B tách C, S (LP + B ⇌ C +S) Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 29
  30. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT  Hỗn hợp H: Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 30
  31. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT • 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 vơ biến peritecti hịa 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 vơ biến ơtecti A, S, C (LE ⇌ A + S +C): điểm pha lỏng ở nguyên tại E, điểm pha rắn từ R5 H. Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 31
  32. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 4.3. Hệ tạo thành hợp chất bậc 3 tương hợp C C e e 3 6 E3 S E S 2 e e 4 2 e A 5 E1 B A e 1 B Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 32
  33. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT 4.4. Tính tốn trên giản đồ nĩng chảy hệ bậc 3 tạo thành hợp chất hĩa 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) cĩ khối lượng là 1000 kg. b. Trường hợp hệ tạo thành hợp chất bậc 2 khơng 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%). Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 33
  34. CHƯƠNG 4 – GIẢN ĐỒ NĨNG CHẢY CỦA CÁC HỆ BẬC 3 NGƯNG KẾT B R M e 3 e E 4 e5 L E2 e A e 1 S 2 C % Khối lượng C Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 34