Equilibrio Sistemas Binarios
Andres Fernandez
Equilibrios líquido-vapor en sistemas binarios:
Equilibrios líquido-vapor en sistemas binarios:
Disoluciones ideales. Consideremos una disolución
líquida compuesta de varias sustancias volátiles (mezcla binaria A, B) en un
recipiente en el que se ha hecho el vacío a una temperatura T. Parte de la
disolución se evapora y la disolución y el vapor (g, composición: yA, yB)
alcanzan el equilibrio cuando se igualan los potenciales químicos del
componente i en las dos fases:
La composición es diferente en cada fase, líquida y gaseosa. El
vapor (gas) será más rico en el componente más volátil. La Presión total (PT) será la suma de las
presiones de vapor parciales de A y B. PT = PA+ PB. Para componentes muy
parecidos (interacciones semejantes) se encuentra (medidas experimentales) que
las presiones de vapor de A y B siguen la ley de Raoult, es decir:
PA= P*A, (siendo P*A
la presión de vapor de A puro a una temperatura T, xA: fracción molar de A en
la fase líquida , xA + xB = 1 y = a x Relación lineal entre PA y xA (Figura 1b)
PB =P*B => xB y = ax Relación lineal
entre PB y xB
PB = P*B (1-xA) = P*B
- P*B xA ;
y = b + ax Relación lineal
entre PB y xA;
Figura 1b siendo P*B presión de vapor de B puro a una temperatura T.
Figura 1a. Variación de la presión de vapor total y
parcial de una mezcla binaria (A-B) en función de la fracción molar en el
líquido (xA) cuando se cumple la ley de Raoult, siendo el componente B más
volátil que el componente A.
Figura 1b. Diagrama Presión-composición de la mezcla
benceno-metil benceno (valores experimentales)
Diagramas
de fase de disoluciones reales. Azeótropos: en el
caso de las desviaciones positivas que es el caso de la práctica que
realizaremos en el laboratorio, los diagramas P-x y T-x presentan un máximo y
un mínimo, respectivamente, lo que tiene consecuencias importantes en la
destilación. Llega un momento en el que la evaporación tiene lugar sin cambio
en la composición: la mezcla forma un azeótropo. Una vez alcanzada la
composición azeotrópica, la destilación no puede separar los dos líquidos, ya
que el condensado retiene la composición del líquido.
Consideremos un líquido inicial de composición a1 y
sigamos los cambios que ocurren en el vapor que asciende por una columna de
fraccionamiento. La mezcla ebulle a a2, para dar un vapor de composición a2 ' ,
que se condensa en la columna formando un líquido de la misma composición, a3.
Este líquido alcanza el equilibrio con su vapor, a3 ' , que se condensa más
arriba en el tubo, dando un líquido de la misma composición , a4.
Cuando se alcance la composición b el vapor tiene la
misma composición que el líquido. La evaporación tiene lugar sin cambio en la
composición, la ebullición se produce a T constante y la composición del
líquido y del vapor son iguales. xyzA = yyzA
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