Equilibrio (Gp:) Mecánico
(Gp:) Térmico
(Gp:) Material
Equilibrio de fases (Gp:) Equilibrio químico
dq dV dni
Equilibrios Mecánico Térmico Material Equilibrio de fases Equilibrio químico
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.
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)
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
¿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
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
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)
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
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.
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
¿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
Lectura alternativa de las curvas: El punto de ebullición de un líquido varía con la presión (Gp:) 23.8
(Gp:) 25
Monte Kilimanjaro (Tanzania)5895 m de altitud, P = 350 mmHg Consecuencias (Gp:) Teb (agua) = 79ºC
P » 2 atm ß Teb (agua) » 120ºC Aplicaciones (Gp:) Tiempos de cocción más rápidos
(Gp:) Olla rápida
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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