Mesclado
Páginas: 7 (1512 palabras)
Publicado: 4 de agosto de 2011
TEMA 9: MEZCLADO Y DISOLUCIÓN
Cuando un sólido o gas se disuelve en un líquido, o cuando se mezclan dos líquidos, se rompen enlaces entre las moléculas de los materiales alimentados y se forman nuevas uniones entre moléculas vecinas de la mezcla o solución producto. Este proceso se ve acompañado por una absorción o liberación neta de energía, lo cual produce modificaciones en la energía internay entalpías entre la mezcla y los componentes puros.
ˆ Hasta el momento hemos despreciado este efecto, suponiendo que el valor de H
ˆ para una sustancia en una mezcla equivale al valor de H para la sustancia pura. Esto
constituye una buena aproximación para mezclas de gases y para mezclas de líquidos formadas por componentes similares, tales como hidrocarburos de cadena recta; sin embargo,pueden producirse cambios significativos de entalpía en otros procesos de mezclado y disolución. En esta sección se muestra cómo pueden determinarse estos cambios e incorporarlos a los balances de energía.
CALORES DE DISOLUCIÓN Y MEZCLADO
ˆ El calor integral de disolución, ∆H s (T, n) se define como el cambio en entalpía
para un proceso en el cual un mol de un soluto (gas o sólido) sedisuelve en n moles de un
ˆ disolvente líquido a temperatura constante T. A medida que n aumenta, ∆H s se aproxima
a un valor límite conocido como el calor de disolución a dilución infinita. El calor de mezclado posee el mismo significado que el calor de disolución cuando el proceso implica la mezcla de dos líquidos en lugar de la disolución de un gas o sólido en un líquido. La Tabla Nº1 incluyevalores de calores integrales en disolución a 25ºC para el HCl(g) y NaOH(s) en agua, y el calor de mezclado a 25ºC de H2SO4(l) y agua. Los calores de disolución, tales como los incluidos en la Tabla Nº1, pueden utilizarse para determinar directamente la entalpía específica de soluciones a 25ºC respecto de componentes puros a esta temperatura. Otra selección habitual de condiciones de referencia, sinembargo, es el disolvente puro y una solución infinitamente diluida a 25ºC.
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Mezclado y disolución Tabla Nº1: Calores integrales de disolución y mezclado a 25ºC1 n moles H2O/ mol soluto 0.5 1 1.5 2 3 4 5 10 20 25 30 40 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 50000 -100000 500000 ∞
ˆ ( ∆H )HCl(g) s kJ/mol HCl — -26.22 — -48.82 -56.85 -61.20 -64.05 -69.49 -71.78 — -72.59 -73.00 -73.26 -73.85-74.20 -74.52 -74.68 -74.82 -74.93 -74.99 -75.08 -75.10 — -75.14 ˆ ( ∆H )NaOH(s) s kJ/mol NaOH — — — — -28.87 -34.43 -37.74 -42.51 -42.84 — -42.72 -42.59 -42.51 -42.34 -42.26 -42.38 -42.47 -42.55 -42.68 -42.72 -42.80 — — -42.89 ˆ ( ∆H )H2SO4 s kJ/mol H2SO4 -15.73 -28.07 -36.90 -42.92 -48.99 -54.06 -58.03 -67.03 — -72.30 — — -73.34 -73.97 — -73.73 -78.57 — -84.43 -87.07 — -93.64 -95.31 -96.19Considerar, por ejemplo, una solución de ácido clorhídrico para la cual n = 10 moles H2O/mol de HCl. A partir de la Tabla Nº1, la entalpía específica de esta solución
ˆ respecto de HCl(g) puro y H2O (l) a 25ºC es ∆H s (n = 10) = -69,49 kJ/mol de HCl. Ahora,
la entalpía de la solución relativa al H2O(l) y una solución infinitamente diluida de HCl (digamos n = 106 moles de H2O/mol de HCl) es elcambio de entalpía para el proceso:
⎧ 1 mol HCl ⎫ 25º C 6 ⎯ ⎧ 1 mol HCl ⎫ ⎨10 6 moles H O⎬ ⎯⎯ → ⎨10 moles H O⎬ + (10 - 10) moles H 2 O(l) 2 ⎭ ⎩ 2 ⎭ ⎩
Podemos evaluar este cambio de entalpía mediante el empleo de cualquier estado de referencia conveniente –en particular, tomamos HCl(g) puro y H2O(l) a 25ºC como
ˆ referencias. En virtud de esta elección, el valor de H para las (106 – 10) molesde agua
pura equivale a cero, y el cambio de entalpía para el proceso resulta entonces:
ˆ ˆ ˆ ∆H = ∆H s (n = 10) – ∆H s (n = ∞) = - 69,49 + 75,14 = 5,65 kJ/mol HCl
En general, la entalpía de una solución que contiene n moles de H2O/mol de soluto
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WITHWELL, J.C. y R.K. TONER. 1969. Conservation of Mass and Energy. McGraw-Hill, Inc.; pp. 344-346.
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Mezclado y disolución
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Cuando un sólido o gas se disuelve en un líquido, o cuando se mezclan dos líquidos, se rompen enlaces entre las moléculas de los materiales alimentados y se forman nuevas uniones entre moléculas vecinas de la mezcla o solución producto. Este proceso se ve acompañado por una absorción o liberación neta de energía, lo cual produce modificaciones en la energía internay entalpías entre la mezcla y los componentes puros.
ˆ Hasta el momento hemos despreciado este efecto, suponiendo que el valor de H
ˆ para una sustancia en una mezcla equivale al valor de H para la sustancia pura. Esto
constituye una buena aproximación para mezclas de gases y para mezclas de líquidos formadas por componentes similares, tales como hidrocarburos de cadena recta; sin embargo,pueden producirse cambios significativos de entalpía en otros procesos de mezclado y disolución. En esta sección se muestra cómo pueden determinarse estos cambios e incorporarlos a los balances de energía.
CALORES DE DISOLUCIÓN Y MEZCLADO
ˆ El calor integral de disolución, ∆H s (T, n) se define como el cambio en entalpía
para un proceso en el cual un mol de un soluto (gas o sólido) sedisuelve en n moles de un
ˆ disolvente líquido a temperatura constante T. A medida que n aumenta, ∆H s se aproxima
a un valor límite conocido como el calor de disolución a dilución infinita. El calor de mezclado posee el mismo significado que el calor de disolución cuando el proceso implica la mezcla de dos líquidos en lugar de la disolución de un gas o sólido en un líquido. La Tabla Nº1 incluyevalores de calores integrales en disolución a 25ºC para el HCl(g) y NaOH(s) en agua, y el calor de mezclado a 25ºC de H2SO4(l) y agua. Los calores de disolución, tales como los incluidos en la Tabla Nº1, pueden utilizarse para determinar directamente la entalpía específica de soluciones a 25ºC respecto de componentes puros a esta temperatura. Otra selección habitual de condiciones de referencia, sinembargo, es el disolvente puro y una solución infinitamente diluida a 25ºC.
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Mezclado y disolución Tabla Nº1: Calores integrales de disolución y mezclado a 25ºC1 n moles H2O/ mol soluto 0.5 1 1.5 2 3 4 5 10 20 25 30 40 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 50000 -100000 500000 ∞
ˆ ( ∆H )HCl(g) s kJ/mol HCl — -26.22 — -48.82 -56.85 -61.20 -64.05 -69.49 -71.78 — -72.59 -73.00 -73.26 -73.85-74.20 -74.52 -74.68 -74.82 -74.93 -74.99 -75.08 -75.10 — -75.14 ˆ ( ∆H )NaOH(s) s kJ/mol NaOH — — — — -28.87 -34.43 -37.74 -42.51 -42.84 — -42.72 -42.59 -42.51 -42.34 -42.26 -42.38 -42.47 -42.55 -42.68 -42.72 -42.80 — — -42.89 ˆ ( ∆H )H2SO4 s kJ/mol H2SO4 -15.73 -28.07 -36.90 -42.92 -48.99 -54.06 -58.03 -67.03 — -72.30 — — -73.34 -73.97 — -73.73 -78.57 — -84.43 -87.07 — -93.64 -95.31 -96.19Considerar, por ejemplo, una solución de ácido clorhídrico para la cual n = 10 moles H2O/mol de HCl. A partir de la Tabla Nº1, la entalpía específica de esta solución
ˆ respecto de HCl(g) puro y H2O (l) a 25ºC es ∆H s (n = 10) = -69,49 kJ/mol de HCl. Ahora,
la entalpía de la solución relativa al H2O(l) y una solución infinitamente diluida de HCl (digamos n = 106 moles de H2O/mol de HCl) es elcambio de entalpía para el proceso:
⎧ 1 mol HCl ⎫ 25º C 6 ⎯ ⎧ 1 mol HCl ⎫ ⎨10 6 moles H O⎬ ⎯⎯ → ⎨10 moles H O⎬ + (10 - 10) moles H 2 O(l) 2 ⎭ ⎩ 2 ⎭ ⎩
Podemos evaluar este cambio de entalpía mediante el empleo de cualquier estado de referencia conveniente –en particular, tomamos HCl(g) puro y H2O(l) a 25ºC como
ˆ referencias. En virtud de esta elección, el valor de H para las (106 – 10) molesde agua
pura equivale a cero, y el cambio de entalpía para el proceso resulta entonces:
ˆ ˆ ˆ ∆H = ∆H s (n = 10) – ∆H s (n = ∞) = - 69,49 + 75,14 = 5,65 kJ/mol HCl
En general, la entalpía de una solución que contiene n moles de H2O/mol de soluto
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WITHWELL, J.C. y R.K. TONER. 1969. Conservation of Mass and Energy. McGraw-Hill, Inc.; pp. 344-346.
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