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Equilibrio de fases




Enviado por Pablo Turmero



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    Equilibrio
    (Gp:) Mecánico

    (Gp:) Térmico

    (Gp:) Material

    Equilibrio de fases
    (Gp:) Equilibrio químico

    dq
    dV
    dni

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    Equilibrios
    Mecánico
    Térmico
    Material
    Equilibrio de fases
    Equilibrio químico

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    CONTENIDO
    1.- Conceptos Básicos.
    Fases y Transiciones de Fase.
    Equilibrio material entre Fases.
    Regla de las Fases
    2.- Diagramas de Fase en Sistemas de un Componente.
    Equilibrio líquido-gas, sólido-gas. Curvas de presión de vapor.
    Efecto de T y P en las transiciones de fase.
    3.- Equilibrio de Fases en Sistemas Multicomponentes.

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    CONCEPTOS BÁSICOS.FASES Y TRANSICIONES DE FASE.
    1
    (Gp:) Fase: Porción homogénea de un sistema.
    Las propiedades macroscópicas intensivas
    son idénticas en cualquier punto del sistema

    Sistema homogéneo:
    Formado por una fase.

    Sistema heterogéneo:
    Formado por más de una fase.
    (Gp:) Varios componentes
    (Gp:) Un solo componente
    (sustancia pura)

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    Transición de fase: Conversión de una fase en otra.
    (Gp:) Gas
    (Gp:) Líquido
    (Gp:) Sólido

    (Gp:) Sublimación
    (Gp:) Vaporización
    (Gp:) Fusión

    (Gp:) Condensación
    (Gp:) Solidificación
    (Gp:) Deposición

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    ¿Cómo se alcanza el equilibrio material entre fases?
    (Gp:) Si el sistema está en equilibrio térmico y mecánico y lo suponemos constituido por dos fases:

    (Gp:) Fase?
    (Gp:) Fase?
    (Gp:) dni

    (Gp:) Alcanzándose el equilibrio cuando el potencial químico en ambas fases es el mismo
    (Gp:) ?i?=?i?
    (Gp:) Equilibrio Material

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    Regla de las fases
    Para caracterizar completamente sistema termodinámico es necesario conocer el valor de un número de variables intensivas independientes.
    L = C – F + 2
    L número de variables intensivas independientes
    (grados de libertad del sistema)
    C número de componentes químicos del sistema
    F número de fases presentes en el sistema
    Disolución acuosa sobresaturada de sacarosa, en equilibrio con su vapor:

    C = C6H12O6, H2O = 2
    F = sólido, líquido, gas =3

    L = 2 – 3 +2 = 1 ej. T
    Disolución acuosa sobresaturada de NaCl y KCl, en equilibrio:

    C = NaCl, KCl, H2O = 3
    F = sólido 1, sólido 2, líquido = 3

    L = 3 – 3 +2 = 2 ej. T y P
    Sustancia pura: C = 1

    F = 1 L = 1 – 1 +2 = 2 T y P

    F = 2 L = 1 – 2 +2 = 1 T (o P)

    F = 3 L = 1 – 3 +2 = 0

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    Cuando en el sistema ocurren r reacciones químicas, el número de variables independientes se reducen
    L = C – F + 2 – r
    Si además existen relaciones estequiométricas o de conservación de la electroneutralidad, el número de variables intensivas independientes es menor
    L = C – F + 2 – r – a
    Mezcla gaseosa : N2, H2 y NH3:
    C = 3
    F = 1 L = 3 – 1 +2 = 4 T , P, X1 y X2

    Mezcla gaseosa : N2, H2 y NH3 con catalizador
    C = 3 F = 1
    r = 1 2NH3 ?N2 +3 H2

    L = 3 – 1 + 2 – 1 = 3 T, P, X1 (KP)

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    Cuando en el sistema ocurren r reacciones químicas, el número de variables independientes se reducen
    L = C – F + 2 – r
    Si además existen relaciones estequiométricas o de conservación de la electroneutralidad, el número de variables intensivas independientes es menor
    L = C – F + 2 – r – a
    Mezcla gaseosa : N2, H2 y NH3:
    C = 3
    F = 1 L = 3 – 1 +2 = 4 T , P, X1 y X2

    NH3 con catalizador para establecer el equilibrio
    2NH3 ?N2 +3 H2
    C = 3 F = 1 r = 1 a = 1 [X(H2) = 3X(N2)]

    L = 3 – 1 + 2 – 1 – 1 = 2 T, P

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    DIAGRAMA DE FASES EN SISTEMAS
    DE UN COMPONENTE.
    2
    (Gp:) Curvas de Presión de Vapor

    (Gp:) Temperatura de fusión a P

    (Gp:) Temperatura de ebullición a P

    Punto de ebullición normal:
    Temperatura a la que la presiónde vapor del líquido es igual a la presión de 1 bar ( o 1 atm).
    Punto de fusión normal:
    Temperatura a la que funde el sólido si la presión es de 1 bar.

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    EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR. CURVAS DE PRESIÓN DE VAPOR.
    (Gp:) Sistema cerrado

    Pi = Xi P
    (Gp:) Equilibrio entre las fases
    H2O (l) « H2O (g)
    (Gp:) Cuando la velocidad de evaporación iguala la velocidad de condensación

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    ¿Cómo varía la presión de vapor con la temperatura?
    a) Éter dietílico, b) benceno, c) agua, d) tolueno, e) anilina
    ¿Cuándo hierve un líquido?
    (Gp:) A la T a la que Pvap = Pext
    (Gp:) ya que es posible la formación de burbujas de vapor en el interior del líquido.

    (Gp:) Sistema abierto

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    Lectura alternativa de las curvas:
    El punto de ebullición de un líquido varía con la presión
    (Gp:) 23.8

    (Gp:) 25

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    Monte Kilimanjaro (Tanzania)5895 m de altitud, P = 350 mmHg
    Consecuencias
    (Gp:) Teb (agua) = 79ºC

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    P » 2 atm
    ß
    Teb (agua) » 120ºC
    Aplicaciones
    (Gp:) Tiempos de cocción más rápidos

    (Gp:) Olla rápida

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    Sublimación: sólido?gas
    (Gp:) Liofilización: deshidratación a baja presión
    (Gp:) Congelar café molido
    Disminuir la presión
    El agua sólida pasa a agua gas, que se elimina.

    Ventajas:
    * Evita secado por calentamiento (destruiría moléculas del sabor)
    * Evita que se estropee (en ausencia de agua no crecen bacterias)
    EQUILIBRIO SÓLIDO-VAPOR. CURVAS DE PRESIÓN DE VAPOR.

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