Equilibrio entre fases

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EQUILIBRIO ENTRE FASES
CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES DEL CICLOHEXANO.

Cuestionario previo.

1. Expresar la regla de las fases de Gibbs. y explicar qué información proporciona en la
construcción del diagrama de fases.
En química y termodinámica, la regla de las fases de Gibbs describe el número de grados de libertad (L) en un sistema cerrado en equilibrio, en términos del número defases separadas (F) y el número de componentes químicos (C) del sistema. Esta regla establece la relación entre esos 3 números enteros dada por:

La regla de las fases de Gibbs fue derivada de principios termodinámicos por Josiah Willard Gibbs hacia 1870.
Las variables (intensivas) necesarias para describir el sistema son la presión (+1), la temperatura (+1) y las fracciones molares relativas delos componentes en cada fase (+F(C-1)) de cada uno de los componentes de cada fase, eso nos da un número máximo de grados de libertad m = F(C-1)+2 para un sistema cualquiera.
La condición termodinámica importante es que en equilibrio el cambio de la energía libre de Gibbs cuando se producen pequeñas transferencias de masa entre las fases es cero. Esa condición equivale a que el potencial químicode cada componentes sea el mismo en todas las fases, eso impone r = C(F-1) restricciones o ecuaciones más para un sistema en equilibrio.
La regla de Gibbs para el equilibrio afirma precisamente que L = m - r = C - F + 2.
2. Definir los conceptos de componente, fase y grado de libertad.

Fase: se denomina fase a cada una de las partes macroscópicas de composición química y propiedades físicashomogéneas que forman un sistema. Los sistemas monofásicos se denominan homogéneos, y los que están formados por varias fases se denominan mezclas o sistemas heterogéneos.
Grados de libertad: El número de grados de libertad en un sistema físico se refiere al número mínimo de números reales que es necesario especificar para determinar completamente el estado físico. El concepto aparece en mecánicaclásica y en termodinámica. El número de grados de libertad de un sistema cuando existen ligaduras entre las partículas, será el número total de variables, menos el número de ligaduras que las relacionan.

3. Escribir las ecuaciones de Clapeyron y Clausius-Clapeyron, indicar el significado de los
términos que aparecen en ellas y explicar en qué casos de equilibrio de fases se aplica cada una.La ecuación de Clapeyron describe la condición de equilibrio entre dos fases, α y β, de una sustancia pura es
μ_α (T,P) = μ_β (T,P)
Si conociésemos las formas analíticas de las funciones μα y μβ, sería posible, al menos en principio, resolver la ecuación para
T = f(P) P = g(T)
Si la transformación se expresa α→β, entonces ∆S=S_β-S_α, y ∆V=V_β-V_α, y la ecuación se transformaen
(∂T/∂P) = (∆V/∆S) (∂P/∂T)=(∆S/∆V)
Cualquiera de las dos ecuaciones se denomina ecuación de Clapeyron.
La ecuación de Clapeyron es fundamental para cualquier análisis del equilibrio entre dos fases de una sustancia pura.
Las temperaturas de equilibrio dependen de la presión, ya que los puntos de intersección dependen de la presión. La ecuación de Clapeyron expresa la dependencia cuantitativade la temperatura de equilibrio con la presión. Empleando esta ecuación, podemos representar de forma esquemática la presión de equilibrio en relación con la temperatura para cualquier transformación de fase.
En termoquímica, la relación de Clausius-Clapeyron es una manera de caracterizar la transición de fase entre dos estados de la materia, como el líquido y el sólido. En un diagrama P-T(presión-temperatura), la línea que separa ambos estados se conoce como curva de coexistencia. La relación de Clausius-Clapeyron da la pendiente de dicha curva. Matemáticamente se puede expresar como:
[pic]
donde [pic]es la pendiente de dicha curva, ΔH es el calor latente o entalpía del cambio de fase y ΔV es el volumen.

4. Explicar qué representa el punto triple en un diagrama de fases....
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