Chương VI
Thursday, October 08, 2009
CHẤT THUẦN KHIẾT


§ 6.1. Khái Niệm
Chất thuần khiết: Là chất có thành phần hóa học đồng nhất và ổn
đònh trong suốt quá trình khảo sát.
Bao gồm:
9 Hỗn hợp nhiều pha của một chất thuần khiết.
9 Hỗn hợp đồng nhất của nhiều chất với điều kiện là thành phần
hóa học của nó không bò biến đổi.
Ví Dụ
:
x Hỗn hợp nước đá và nước.
x Không khí khô.
x Nhưng không khí trong quá trình hóa lỏng thì không (bởi vì các
thành phần của không khí ngưng tụ ở nhiệt độ khác nhau ứng với
áp suất đã cho o thay đổi tỷ lệ hòa trộn)
Lưu y
ù: Chất thuần khiết là thuật ngữ chỉ một nhóm chất.
ng dụng:
9 Trong các trung tâm nhiệt điện.
9 Trong các thiết bò động lực hơi nước.
9 Trong quá trình sấy.
9 Trong máy lạnh…
9 Trong xử lý không lý ẩm.
9 …

Nguyễn Toàn Phong – [email protected] 1 of 35 Chương VI – Chất Thuần Khiết
§ 6.2. Pha Của Chất Thuần Khiết

Nguyễn Toàn Phong – [email protected] 3 of 35 Chương VI – Chất Thuần Khiết
6.2.2 Pha lỏng
9 Các phân tử chuyển động tự do xung quanh các phân tử khác,
nhưng vẫn duy trì một cấu trúc có trật tự bên trong mỗi vùng.
9 Khoảng cách giữa các phân tử thông thường tăng rất ít khi biến
đổi từ rắn sang lỏng (nhưng nước là một ngoại lệ).
6.2.3 Pha khí
9 Các phân tử rời ra xa các phân tử khác và các phân tử không
được sắp xếp theo một trật tự nào.
9 Các phân tử chuyển động ngẫu nhiên và chiếm nhiều năng lượng
hơn so với pha lỏng và pha rắn.
Minh họa sau thể hiện “cấu trúc” ba pha của chất thuần khiết
Nguyễn Toàn Phong – [email protected] 4 of 35 Chương VI – Chất Thuần Khiết
§ 6.3. Quá Trình Biến Đổi Pha Của
Chất Thuần Khiết
Ba pha của chất thuần khiết có thể chuyển biến qua lại:

Dưới đây chúng ta khảo sát sự biến đổi trạng thái từ lỏng o hơi với
đại diện của chất thuần khiết là nước.
Hãy xem xét hệ thống piston-cylinder chứa nước lỏng ở 20
o
C và áp
suất 1atm – là áp suất khí quyển.
Trong quá trình khảo sát áp suất được giữ không đổi – lưu ý đến quá
trình nấu nước hàng ngày

trạng thái này – trạng thái 1 – nước tồn tại

Trạng thái hai pha lỏng hơi cùng
tồn tại trong hệ thống – trạng thái 3 –
được gọi là hơi bão hòa ẩm
trạng thái cân bằng, do chênh
lệch về khối lượng riêng nên pha lỏng
luôn nằm ở phía trên, bề mặt phân pha
là mặt phẳng nằm ngang Nhiệt lượng được cung cấp tiếp tục
Quá trình chuyển pha kết thúc khi lượng lỏng
cuối cùng biến mất
Trong hệ thống hoàn toàn là hơi – giống như
trạng thái khí – biến đổi trạng thái khi được cung
cấp thêm nhiệt lượng là tăng nhiệt độ
Trạng thái hơi có nhiệt độ lớn hơn 100
o
C –
trạng thái 5 – gọi là hơi quá nhiệt

Nguyễn Toàn Phong – [email protected] 6 of 35 Chương VI – Chất Thuần Khiết
Lưu ý Nhiệt độ 100
o
C gọi là nhiệt độ chuyển pha hay nhiệt độ bão hòa
Trạng thái hơi bão hòa ẩm 3 là sự hòa trộn của hai trạng thái –
lỏng ở nhiệt độ bão hòa 2 và hơi ở nhiệt độ bão hòa 4

Lỏng ở nhiệt độ sôi gọi là
lỏng sôi hay lỏng bão hòa


Nhiệt độ sôi của nước (chất thuần khiết nói chung) phụ thuộc vào áp
suất mà hệ thống đang chòu
Đồ thò sau thể hiện quan hệ của nhiệt độ sôi phụ thuộc vào áp suất
trong trường hợp của nước

áp suất đã cho, nhiệt độ mà chất thuần khiết bắt đầu sôi được gọi là
nhiệt độ bão hòa, T
bh
. Cũng vậy, ở nhiệt độ đã cho, áp suất của chất thuần
khiết bắt đầu sôi được gọi là áp suất bão hòa, P
bh
.

Nguyễn Toàn Phong – [email protected] 9 of 35 Chương VI – Chất Thuần Khiết
§ 6.4. Đồ Thò Trạng Thái Của
Quá Trình Biến Đổi Pha
6.4.1 Đồ thò T-v
Quá trình biến đổi pha của nước ở 1atm đã được mô tả và vẽ ra trên
đồ thò T-v. Quá trình này sẽ được lặp lại với nhiều áp suất không đổi khác
(bằng cách thêm trọng lượng vào piston) và trình bày trên đồ thò T-v
Khi áp suất của hệ thống tăng lên, nước sẽ sôi ở nhiệt độ cao hơn. Thể
tích riêng của lỏng bão hòa cũng lớn hơn, và thể tích riêng của hơi bão
hòa thì nhỏ hơn. Do đó đường nằm ngang nối các trạng thái lỏng bão hòa
và hơi bão hòa cũng nhỏ hơn, và cuối cùng nó trở thành 1 điểm. Điểm này
được gọi là điểm tới hạn.

Nguyễn Toàn Phong – [email protected] 10 of 35 Chương VI – Chất Thuần Khiết
Điểm tới hạn là điểm mà ở đó trạng thái của lỏng bão hòa và hơi bão
hòa không thể phân biệt được. Nhiệt độ, áp suất và thể tích riêng ở điểm
này được gọi tương ứng là nhiệt độ tới hạn T

c
m
kg

He - 267,91 5,24 2,261 69,3
H
2
- 239,91 33,24 12,80 31,0
N
2
- 147,1 162,2 33,49 31,0
O
2
- 118,82 154,33 49,713 430
CO
2
31,0 304,1 72,497 460,8
NH
3
132,3 405,4 113
SO
2
157 430 75,245 520
CH
3
CO
2
OH 243,1 516,2 63,11 275,5
H
2

Tất cả trạng thái hơi quá nhiệt nằm về bên phải của đường hơi bão
hòa nằm trong một vùng được gọi là
vùng hơi quá nhiệt
.
Tất cả trạng thái hỗn hợp lỏng – hơi bão hòa nằm trong vùng ở phía
dưới cái vòm (nối bởi đường lỏng sôi và đường hơi bão hòa khô) được gọi
là
vùng hỗn hợp lỏng – hơi bão hòa
, hay là
vùng ẩm
.
Nguyễn Toàn Phong – [email protected] 12 of 35 Chương VI – Chất Thuần Khiết
6.4.2 Đồ thò P-v
Dạng chung của đồ thò P-v của chất thuần khiết rất giống đồ thò
T-v, nhưng đường đẳng nhiệt (đường
constT

) trên đồ này có phương
hướng xuống phía dưới.
Khảo sát lại hệ thống piston-cylinder chứa nước ở áp suất 1
Mpa
và
nhiệt độ 150
o
C. Nước ở trạng thái này tồn tại ở dạng lỏng chưa sôi.

Bây giờ trọng lượng trên piston được lấy đi từ từ, do đó áp suất sẽ
giảm tương ứng, thể tích thì tăng lên.
Hệ thống luôn được lưu ý tới ảnh hưởng với môi trường, bằng việc
cung cấp thêm nhiệt lượng ta duy trì nhiệt độ không đổi. Khi đạt đến áp