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Equilibrio de fases




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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.