Fases De Dos Compuestos

Diagrama de Fases Temperatura de Ebullición-Composición de una Mezcla Líquida Binaria. Fundamentos teóricos.

1.- Equilibrios líquido-vapor en sistemas binarios: Disoluciones ideales. 2.- Diagramas de fase Presión de vapor-composición (T=cte) : Disoluciones ideales. 3.- Diagramas de fase T-composición (P= cte). Disoluciones ideales. Destilación fraccionada. 4.- Disoluciones reales noelectrolíticas. 5.- Diagramas de fase de disoluciones reales. Azeótropos. 6.- Indice de refracción.

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1.- 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 seevapora y la disolución ( ! , composición: xA, xB) y el vapor (g, composición: yA, yB) alcanzan el equilibrio cuando se igualan los potenciales químicos del componente i en las dos fases: µig = µil .

!

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 parcialesde 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 = PA x A ,

siendo

* PA 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 = PBx B !! !!!!!!!!!!! y = a x

!!!Relación!lineal!entre!PB ! y! x B

* * * PB = PB (1" x A ) = PB " PB x A !!! y = b + a x!!!!!Relación!lineal!entre!PB ! y! x A ;!!Figura!1b

* siendo PB presion de vapor de B puro a una temperatura T
* * * * * PT = PA + PB = PA x A + PB x B = PB +(PA ! PB )x A

y = b + ax

Relación lineal entre PT y xA

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Fig. 1aFig. 1b

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).

Conclusión: La presion de vapor total (PT) y las dospresiones de vapor parciales de una mezcla binaria ideal son proporcionales a las fracciones molares de los dos componentes en la disolución.
* Si la mezcla líquida es ideal todos sus compnentes siguen la ley de Raoult: PA = PA x A

Una mezcla gaseosa ideal sigue la ley de Dalton de las presiones parciales (gases) PA = PT yA

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2.- Diagramas de fasesPresión de vapor-composición (T=cte): Disoluciones ideales.

P

T=cte

P PA*
P Líquido 1 3 V T=cte L * PA

Líquido
PT

PB*
PA

Vapor
PB

PB* Vapor
A

2

0

xA
Fig. 2(a)

1

0

xA

zA

yA

1

Fig. 2(b)

Figura 2. Diagramas presión-composición. (a) Presión total (PT) en función de la fracción molar
* * del componente A (xA) siendo PB < PA . (b) Presión total(PT) en función de xA y de yA

(fracción molar en el vapor del componente A).

Figura 2(a). Esta figura es en realidad un diagrama de fases, porque la línea recta representa las presiones a las que las dos fases están en equilibrio en función de la composición de la disolución (x) (T cte). Los puntos por encima de la línea (cuando la presión es mayor que la presión de vapor) corresponden allíquido como fase estable y los puntos por debajo de la línea (cuando la presión es menor que la presión de vapor, de forma que la muestra se evapora) corresponden al vapor como fase estable. Cuando el vapor y el líquido están en equilibrio, sus composiciones no son las mismas. Si queremos encontrar una expresión que relacione la PT y la fracción molar en el vapor (y) utilizaremos la ley de Dalton...