Apuntes de fenomenos

PRESENTACIÓN DEL CURSO DE TERMODINÁMICA QUÍMICA II

EQUILIBRIO QUÍMICO


Introducción .- Una representación muy simple de una planta química puede ser la que se muestra en la figura:

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El corazón de la planta química es el reactor químico (etapa II), ahí la mezcla de reactivos reacciona para formar los productos químicos deseados.

Las materias primas generalmentereciben un proceso de acondicionamiento (etapa I) a fin preparar la mezcla reaccionante con las características adecuadas para la reacción.

Después de la reacción, la mezcla de productos también debe ser procesada (etapa III) para separar las sustancias deseadas de los reactivos que no reaccionaron y que deberán reciclarse.

Los procesos de acondicionamiento y separación mencionadas casisiempre implican el contacto de dos o más fases que al intercambiar materia y energía alcanzan nuevos estados de equilibrio entre fases lográndose la separación de los componentes deseados. Estos principios para la solución de sistemas en equilibrio de fase fueron ya estudiados en el curso de Termodinámica Química I con el tema genérico de equilibrio de fases.

En el curso de Termodinámica QuímicaII, denominado genéricamente como equilibrio químico, se estudiarán los procesos que suceden en el reactor.

Descripción del problema .- Dada una mezcla reaccionante de composición conocida, colocada en un recipiente llamado reactor químico a ciertas condiciones de presión y temperatura, deseamos saber si existe la factibilidad de que haya reacción y si la hay, qué cantidad de reactivos setransformarán y qué cantidad de productos se formarán.
La mezcla reaccionante puede estar en una sola fase: gaseosa o líquida (equilibrio químico homogéneo); puede estar en dos o más fases, (equilibrio químico heterogéneo). La composición puede estar inicialmente en relación estequiométrica o algunas sustancias encontrarse en exceso; puede haber o no intercambio de calor con el medio circundante(reacciones isotérmicas, cuasiadiabáticas o adiabáticas); el volumen puede o no ser constante; puede ser que sólo se lleve a cabo una sola reacción química o que sean varias que suceden de manera simultánea, etc. En todos los casos la pregunta será invariable ¿Cuánto habrá de cada sustancia en los productos?

Solución termodinámica del problema.- La aplicación de la termodinámica para encontrar lasolución a problemas de sistemas en reacción química es idéntica a la aplicación al problema del equilibrio de fases, y la solución es la misma y muy simple: Un sistema reaccionante alcanza el equilibrio cuando su energía libre de Gibbs es mínima.

La energía libre y el equilibrio. Sea un sistema en el que ocurre un proceso irreversible, de acuerdo a la segunda ley, se tiene:[pic]



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Si el proceso ocurre a T y P constantes:

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Este resultado se interpreta diciendo: un sistema está en equilibrio cuando su energía libre de Gibbs es mínima.

A fin de trasladar la solución termodinámica a variables tangibles de temperatura, presión ycomposición, se hace uso de las variables auxiliares fugacidad, actividad, coeficientes de fugacidad, coeficientes de actividad y demás propiedades molares parciales aunado al uso de ecuaciones de estado.

1.- CONCEPTOS ( O DEFINICIONES ) BÁSICOS.

Reacción Química: Es un cambio en el cual una sustancia o sustancias se transforman en otra u otras sustancias nuevas debido a un rearregloatómico.

Ecuación química: Expresión simbólica que representa en forma abreviada una reacción química

Reactor químico: Recipiente en el cual se lleva a cabo una reacción química.

Reactivos o reactantes: Sustancias que se transforman.

Productos: Sustancias resultado de la transformación

Inerte: Sustancia presente en la reacción química pero que no toma parte en ella (no es reactivo ni...