equilibrio de fases 1

Tema 4

Equilibrio de Fases

Mecánico

Térmico

P  P
dV

P P

T  T

Equilibrio

dq

T T

Equilibrio químico
i  i

Material
Equilibrio de fases

dni

i  i

Mecánico

Térmico

Equilibrios

Equilibrio químico
Material
Equilibrio de fases

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.

1

CONCEPTOS BÁSICOS.
FASES Y TRANSICIONES DE FASE.

Fase: Porción homogénea de un sistema.
Las propiedades macroscópicas intensivas
son idénticas en cualquier punto del sistema

Sistemahomogéneo:
Formado por una fase.

Sistema heterogéneo:
Formado por más de una fase.

Varios componentes

Un solo componente
(sustancia pura)

Transición de fase: Conversión de una fase en otra.
Gas
Vaporización

Condensación

Líquido
Sublimación

Deposición
Fusión

Solidificación

Sólido

¿Cómo se alcanza el equilibrio material entre fases?

dG = -SdT + VdP +  i dni  0


i

Si el sistemaestá en equilibrio térmico y mecánico y lo suponemos
constituido por dos fases:

i


i


i


i

 dn   dn  0
dni

dni  dni  dni






 i i  dni  0


i

 


i

Fasei=iFase
Alcanzándose el equilibrio cuando el potencial
químico en ambas fases es el mismo

Equilibrio Material

Regla de las fases
Para caracterizar completamente sistema termodinámico
es necesario conocerel valor de un número de variables
intensivas independientes.

L=C–F+2
Sustancia pura:
Disolución
acuosa
C = 1 sobresaturada de
sacarosa,
y KCl,
equilibrio
en equilibrio:
con su
vapor:
LNaCl
número
deenvariables
intensivas
independientes
F (grados
= 1 deLlibertad
= 1 - 1del
+2sistema)
=2
TyP
= NaCl,
C6H12deOKCl,
O2=
O 2= químicos
3
6, H2H
CC número
componentes
del sistema
F = 2sólido
L1,líquido,= sólido
1 - 2 +2
=líquido
1
T= 3(o P)
sólido,
gas
2,
=3
F número de fases presentes en el sistema
F
L ==121- 3 +2
L = 32 - 3 +2
ej.=T0y P

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 esmenor

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, elnúmero 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)]

2

DIAGRAMA DE FASES EN SISTEMAS
DE UN COMPONENTE.
Punto de ebullición normal:
Temperatura a la que la presión
de vapor del líquido es igual a la
presión de 1bar ( o 1 atm).
Punto de fusión normal:
Temperatura a la que funde el
sólido si la presión es de 1 bar.
Curvas de Presión de Vapor
Temperatura de fusión a P
Temperatura de ebullición a P

EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR. CURVAS DE PRESIÓN DE VAPOR.

Sistema cerrado

Tgas  Tliq

Pi = Xi P

i gas (T , P)  i 0 (T )  RT ln

Pi
P0

Tgas  Tliq

Cuando la velocidad de evaporación iguala la velocidadde
condensación
Equilibrio entre las fases
H O (l)  H O (g)

¿Cómo varía la presión de vapor con la temperatura?
¿Cuándo hierve un líquido?

i gas (T , P)  i 0 (T )  RT ln

Pi
P0

Sistema abierto

A la T a la que Pvap = Pext
ya que es posible la formación
de burbujas de vapor en el
interior del líquido.
a) Éter dietílico, b) benceno, c) agua, d) tolueno, e) anilina

Lectura alternativa de...