EQUILIBRIO DE FASES

Equilibrio material significa que en cada fase de un sistema cerrado, el número de moles de cada sustancia presente no varía a lo largo del tiempo. El equilibrio material de subdivide en equilibrio químico (de reacción), que es el equilibrio con respecto a la conversión de un conjunto de especies químicas en otro conjunto y equilibrio de fases que es el equilibrio con respecto al transporte de materia entre las fases del sistema sin conversión de una especie en otra

La condición de equilibrio de fases indica que el potencial químico de cada una de las especies debe ser el primero en cada fase en la que se encuentra presente esa especie

1)    Sustancias puras

En la ingeniería térmica, las sustancias usuales de trabajo son:

• El agua, la única sustancia que se presenta en la naturaleza en los tres estados: sólido (hielo), líquido (agua) y gas (vapor). El agua, limpia (disuelve y arrastra la suciedad), y es limpia (pura, sin mezcla de otra cosa, según el DRAE). Además de las múltiples aplicaciones técnicas, el agua es el medio en el que se desarrolla toda la materia viva.

• El aire, que siempre está a mano, es más limpio si cabe que el agua (no ensucia, ni moja), y en combinación con el agua (aire húmedo) o con sustancias combustibles (combustión y otros tipos de oxidación electroquímica o metabólica), es del máximo interés tecnológico y biológico.

• Los hidrocarburos (usados como combustibles o no), y otros compuestos orgánicos (como los fluidos de trabajo halo-carbonados usados en los refrigeradores).

• Sustancias inorgánicas como el dióxido de carbono, amoniaco, gases nobles, aceites minerales, etc., usados en refrigeración o como fluidos caloportadores.

La pureza absoluta no existe; vivimos en un mundo multicomponente y todas las sustancias naturales son mezclas (por el segundo principio de la termodinámica), las cuales se pueden separar en sus componentes puros hasta el grado de pureza deseado (pero siempre quedarán restos). Una sustancia que se diga 'comercialmente pura' puede tener entre el 90% y el 99% de pureza, mientras que una sustancia 'pura de laboratorio' puede tener entre un 99% y un 99,99% de pureza

  

2)    Regla de fases de Gibbs

Incluye una de las generalizaciones más importantes de la fisicoquímica para equilibrios heterogéneos y otros más complejos

Relaciona la variancia de un sistema, con los componentes y las fases del mismo

a.    Fases: cada una de las partes homogéneas de iguales propiedades físicas y químicas separadas del resto del sistema heterogéneo por superficies de discontinuidad bien definidas.

F à fases

C à componentes T y P

La existencia de 2 fases en equilibrio implica la condición

Lo cual significa que las 2 variables intensivas, no son independientes entre sí, sino que están relacionadas. Por lo que sólo se necesita una para describir el estado del sistema, el sistema tiene un grado de libertad o es univariante

Si están presentes 3 fases hay 2 relaciones

Estas 2 relaciones determinan completamente a T y p, no necesita otra información para describir el sistema, el sistema es invariante

b.    Componentes: El número de componentes de un sistema se define como el menor número de especies químicamente independientes para describir la composición de cada fase del sistema. Desde un punto de vista práctico será el n° total de especies menos el n° de reacciones independientes y menos el n° de ecuaciones restrictivas

c.    Grados de libertad: se define el número de grados de libertad o variables independientes ( o la varianza) L de un sistema en equilibrio como el número de variables intensivas independientes necesarias para especificar su estado intensivo.

Para que un sistema esté definido completamente:

N° de variables del sistema=N° de ecuaciones de Equilibrio

3)    Presión de vapor: El término 'presión de vapor' se refiere a la presión de equilibrio bifásico líquido-vapor (o sólido-vapor) de una sustancia pura a una cierta temperatura (e.g. la presión de vapor del agua a 15 ºC es de 1,7 kPa).

La presión de vapor de un líquido aumenta con la temperatura y disminuye con la entalpia de vaporización, según la ecuación  

ΔS° es el cambio de entropía (magnitud relacionada con el desorden) al pasa de un estado a otro

4)    Temperatura de ebullición: la ebullición es una forma “violenta” de evaporización que se produce cuando, al elevar la temperatura, la presión de vapor iguala a la presión toal. La temperatura de ebullición de un liquido disminuye al disminuir la presión

p es la presión total 

5)    Ecuación de clapeyron