Unidad I EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS DE UN COMPONENTE

EquilibrioEquilibrio de fasesdqdVdni

CONCEPTOS BSICOS. FASES Y TRANSICIONES DE FASE.1Sistema homogneo:Formado por una fase.

Sistema heterogneo:Formado por ms de una fase.

Transicin de fase: Conversin de una fase en otra.

Cmo se alcanza el equilibrio material entre fases?

Regla de las fasesPara caracterizar completamente sistema termodinmico es necesario conocer el valor de un nmero de variables intensivas independientes.L = C F + 2L nmero de variables intensivas independientes (grados de libertad del sistema)C nmero de componentes qumicos del sistemaF nmero de fases presentes en el sistemaDisolucin acuosa sobresaturada de sacarosa, en equilibrio con su vapor:

C = C6H12O6, H2O = 2F = slido, lquido, gas =3

L = 2 - 3 +2 = 1 ej. TDisolucin acuosa sobresaturada de NaCl y KCl, en equilibrio:

C = NaCl, KCl, H2O = 3F = slido 1, slido 2, lquido = 3

L = 3 - 3 +2 = 2 ej. T y PSustancia 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 qumicas, el nmero de variables independientes se reducenL = C F + 2 - rSi adems existen relaciones estequiomtricas o de conservacin de la electroneutralidad, el nmero de variables intensivas independientes es menorL = C F + 2 - r - aMezcla gaseosa : N2, H2 y NH3: C = 3F = 1 L = 3 - 1 +2 = 4 T , P, X1 y X2

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

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

Cuando en el sistema ocurren r reacciones qumicas, el nmero de variables independientes se reducenL = C F + 2 - rSi adems existen relaciones estequiomtricas o de conservacin de la electroneutralidad, el nmero de variables intensivas independientes es menorL = C F + 2 - r - aMezcla gaseosa : N2, H2 y NH3: C = 3F = 1 L = 3 - 1 +2 = 4 T , P, X1 y X2

NH3 con catalizador para establecer el equilibrio2NH3 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.2Punto de ebullicin normal:Temperatura a la que la presin de vapor del lquido es igual a la presin de 1 bar ( o 1 atm).Punto de fusin normal:Temperatura a la que funde el slido si la presin es de 1 bar.

EQUILIBRIO LQUIDO-VAPOR. CURVAS DE PRESIN DE VAPOR.Pi = Xi P

Cmo vara la presin de vapor con la temperatura?a) ter dietlico, b) benceno, c) agua, d) tolueno, e) anilinaCundo hierve un lquido?

Lectura alternativa de las curvas:El punto de ebullicin de un lquido vara con la presin

Monte Kilimanjaro (Tanzania) 5895 m de altitud, P = 350 mmHgConsecuencias

P 2 atm Teb (agua) 120CAplicaciones

Sublimacin: slidogasVentajas: * Evita secado por calentamiento (destruira molculas del sabor) * Evita que se estropee (en ausencia de agua no crecen bacterias)EQUILIBRIO SLIDO-VAPOR. CURVAS DE PRESIN DE VAPOR.

Diagrama de fases de una sustancia pura

Diagrama de fases del CO2Curva pto. fusin:Pendiente positiva

Como PPT > 1 atm

SublimaCO2 (s): hielo secoUtilidad: efectos de humo y niebla

C: punto crtico

Caracterstico de cada sustancia (agua: Tc = 374C, Pc = 218 atm)

Aplicacin: CO2 supercrtico se usa para extraer la cafena del caf.Consecuencia: Para T > Tc la sustancia gaseosa no se puede licuar, por aumento de presin.[p.ej.: Tc (O2) = -118C. A Tamb es imposible licuarlo].

VARIACIN DE LAS FUNCIONES DE ESTADO EN LAS TRANSICIONES DE FASE P El QP se emplea en V y en U, (U y V dependen del estado de agregacin)

Cambio de Fase, [(T, P) = constantes].Transicin de Fase PROCESO REVERSIBLE

qu ocurre si la TF ocurre a otra T?T2T1

qu ocurre si la TF ocurre a otra T?T2T1

qu ocurre si la TF ocurre a otra T?T1(T, P) = constantesTransicin de Fase P. ESPONTNEO

EFECTO DE LA PRESIN y TEMPERATURA EN LAS TRANSICIONES DE FASE Cambio infinitesimalP

Curva de pendiente positivaslido lquidoslido gasCurva de pendiente positivaLa pendiente es mayor que en el resto de transiciones porque V es pequeo

APLICACIN DE LA ECUACIN DE CLAPEYRON Equilibrio lquido-vapor y slido-vapory si el gas se comporta como gas idealsi T pequeoH=cte

Equilibrio slido-lquidoImportanteNo puede aplicarse la ec. de Clausius-Clapeyron,Si la ecuacin de Clapeyron (VVg)La elevada pendiente de esta lnea, implica que si P no cambia de forma considerable, la variacin de T ser muy pequea

EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS MULTICOMPONENTES3Equilibrio lquido - lquido en mezclas binariasG 0

(a) Ambos lquidos son miscibles (b) Ambos lquidos son inmiscibles(c) Ambos lquidos son parcialmente miscibles (miscibles 2)1 Fase2 Fases

Por qu 2 lquidos son miscibles a una P, T y composicin y no en otras condiciones?

Aunqueyno varen mucho con T,an a P constante, cuando vara T se puede producir un cambio en el signo de Gmezcla .

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