Propiedades Molares

I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L


Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Departamento de Ingeniería Química Industrial

Academia de Fisicoquímica














Apuntes de teoría Termodinámica del Equilibrio de Fases











Prof. Ing. Rodolfo de la Rosa RiveraPRESENTACIÓN DEL CURSO DE TERMODINÁMICA I
EL PROBLEMA DEL EQUILIBRIO DE FASES

Introducción .- Vivimos en un mundo de mezclas: el aire que respiramos, el alimento que ingerimos, la gasolina de los automóviles.
Muchas de las cosas que suceden, tienen que ver con la transferencia de sustancias de una mezcla a otra, por ejemplo, en nuestros pulmones tomamos el oxígeno delaire que se disuelve en nuestra sangre y el bióxido de carbono sale de la sangre y entra en el aire; en la cafetera, los ingredientes hidrosolubles se extraen de los granos de café y cuando alguien mancha su ropa con salsa, inmediatamente hecha mano de agua y jabón para disolver y eliminar la mancha grasosa.
En cada una de estas experiencias diarias, como en muchas otras del campo de lafisiología, la vida diaria, en la industria, hay transferencia de una sustancia de una fase a otra. Y esto sucede porque cuando dos fases se ponen en contacto, tienden a intercambiar sus componentes hasta que la composición de cada fase logra un valor constante, cuando esto se logra decimos que las fases están en equilibrio.

La termodinámica del equilibrio de fases busca establecer la relación queexiste entre las propiedades temperatura, presión y composición en cada fase cuando dos o más fases alcanzan el estado de equilibrio, esto es, cuando cesa toda tendencia a cambios posteriores.

El conocimiento de la termodinámica del equilibrio de fases es de fundamental importancia en muchas ciencias y el interés particular en ingeniería química radica en que muchas operaciones usuales en lafabricación de productos químicos consisten en poner fases en contacto como la extracción, destilación, adsorción, digestión, adsorción y secado entre otras, son operaciones unitarias esenciales en la industria química y el conocimiento de cualquiera de ellas se basa, por lo menos en parte, el la ciencia del equilibrio de fases.
Descripción del problema . - Deseamos relacionar cuantitativamente lasvariables que describen el estado de equilibrio temperatura, presión y composición de dos o más fases homogéneas que pueden intercambiar libremente materia y energía.
El tipo de problema que la termodinámica del equilibrio de fases busca resolver se ilustra de manera esquemática en la siguiente figura 1.








El número de variables intensivas que deben especificarsepara fijar el estado de equilibrio de un sistema está dado por la regla de las fases de Gibbs:



Entonces, dadas algunas de las variables de las dos fases, nuestra tarea es encontrar el valor de las restantes.

Solución del problema.- Una de las características de la ciencia moderna es la abstracción, un problema difícil cuando se describe en términos matemáticos abstractos, muchas veces esposible obtenerle una solución simple, no en términos de la realidad física inmediata, sino en términos de cantidades matemáticas sugeridas por la descripción abstracta del problema real. La termodinámica suministra ese lenguaje en el que rápidamente se obtiene una solución abstracta al problema del equilibrio de fases.
La aplicación de la termodinámica a fases en equilibrio en sistemasmulticomponentes se muestra esquemáticamente en la figura 2. El mundo real y el problema real se representan por la línea horizontal inferior mientras que la línea superior representa el mundo de la abstracción. La aplicación de la termodinámica al problema real consiste en un proceso mental indirecto de tres pasos, en vez de tratar de resolver el problema real dentro del mundo de las variables físicas...