Mezclas y solucion

MEZCLAS Y SOLUCIONES


Hasta este momento en el estudio de la termodinámica se han considerado principalmente las sustancias puras. En gran número de problemas de termodinámica intervienen mezclas de diferentes sustancias puras. Algunas veces estas mezclas se conocen como soluciones, en particular en las fases líquida y sólida.
En este capítulo se atenderán diversas consideracionestermodinámicas de las mezclas y las soluciones. Se empieza considerando un problema bastante simple, las mezclas de gases ideales. Esto lleva a estudiar un modelo muy sencillo pero muy útil de ciertas mezclas como aire y vapor de agua, en las que puede haber una fase condensada (sólida o líquida) de uno de los componentes. Esto va acompañado por ciertas consideraciones de mezclas y soluciones en general.La comprensión de los temas de este capítulo es fundamental para el estudio de las reacciones químicas y del equilibrio químico y de fases. Estos temas se cubren en capítulos posteriores.

11.1 CONSIDERACIONES GENERALES Y MEZCLAS DE GASES IDEALES

Considérese una mezcla general de N componentes, cada uno de los cuales es una sustancia pura. de modo que la masa total y el número total de molesson

mtot = m1 + m2 + . . . + mN = mi

ntot = n1 + n2 + . . . + nN = ni

Por lo general la mezcla se describe por una fracción masa (concentración)
mi
ci = (11.1)
mtot
o una fracción mol para cada componente como
ni
yi = (11.2)
ntot
que se relacionan por medio del peso molecular, Mi como mi = ni Mi. Así, esposible pasar de una base molar a una base en masa

mi ni Mi ni Mi / ntot yi Mi
ci = = = = (11.3)
mtot  nj Mj  nj Mj / ntot  yj Mj

y de una base en masa a una base molar como

ni mi / Mi mi /(Mi mtot) ci /Mi
yi = = = = (11.4)
ntot  mj /Mj  mj /(Mj mtot)  cj /Mj

526 MEZCLAS Y SOLUCIONES

Elpeso molecular para la mezcla se convierte en
mtot   ni Mi
Mmezcla= = =  yi Mi (11.5)
ntot ntot

Considérese una mezcla de dos gases (no necesariamente gases ideales) como la que se muestra en la figura 11.1. ¿Qué propiedades se pueden medir experimentalmente para esta mezcla? Sin duda es posible medir la presión, la temperatura, el volumen y la masa de la mezcla. También, sepuede medir experimentalmente la composición de la mezcla y así determinar las fracciones mol y masa.
Suponga que esta mezcla sufre un proceso o una reacción química y se desea llevar a cabo un análisis termodinámico de este proceso o reacción ¿Qué tipo de datos termodinámicos se utilizarían al ejecutar este análisis? Una posibilidad sería tener tablas de las propiedades termodinámicas de lasmezclas. Sin embargo, el número de mezclas distintas que es posible obtener, tanto por lo que se refiere a las sustancias que intervienen como a las cantidades relativas de cada una, es tal que se necesitaría una biblioteca completa de tablas de propiedades termodinámicas para manejar todos los casos posibles. Sería mucho más simple si se pudiera determinar las propiedades termodinámicas de una mezclaa partir de las propiedades de los componentes puros. Este es en esencia el método que se utiliza al tratar con gases ideales y con otros modelos simplificados de mezclas.
Una excepción a este procedimiento es el caso en que una mezcla particular se encuentra con mucha frecuencia, la más común es el aire. Se dispone de tablas y cartas de propiedades termodinámicas del aire. Sin embargo, inclusoen este caso es necesario definir la composición del “aire” que se considera en estas tablas, porque la composición de la atmósfera varía con la altitud, con el número de contaminantes y con otras variables en un lugar determinado. La composición del aire en la cual se basan las tablas es casi siempre la siguiente:

Componente % en base molar
Nitrógeno 78.10
Oxígeno 20.95
Argón 0.92
CO2...