Regla de fases

RESÚMEN DEL CAPÍTULO 10:
REGLA DE LAS FASES


MATERIA:
EQUILIBRIO QUÍMICO
























REGLA DE LAS FASES

Es posible tratar todos los equilibrios heterogéneos desde un punto de vista unificado por medio de la regla de las fases, con el cual el número de variables a que se encuentra sometido un equilibrio heterogéneo, queda definido bajo ciertascondiciones experimentales. La regla de las fases fija el número de variables involucrado, pero las relaciones cuantitativas entre ellas deben establecerse mediante expresiones complementarias.
DEFINICIONES
Fase: diferenciación de componentes de una solución química.
Grados de Libertad: El número de grados de libertad en un sistema físico se refiere al número mínimo de números reales que necesitamosespecificar para determinar completamente el estado físico.
Se alcanza un estado de equilibrio verdadero, cuando puede obtenerse en cualquier dirección. Termodinámicamente se logra cuando el contenido de energía libre del sistema se encuentra en un mínimo, para el conjunto de variables dado. Equilibrio metastable se logra solo en una dirección y se mantiene si el sistema no se somete a unavariación repentina, agitación o siembra de una fase sólida. Estado inestable existe cuando la aproximación al equilibrio es tan lento que el sistema no parece llevar a cabo cambio alguno con el tiempo. El número de componentes de un sistema es el menor número de variables independientes, en función de cuyas fórmulas se pueden escribir ecuaciones que expresan la composición de cada fase presente. Lacantidad deseada aquí es el número mínimo y no importa que constituyente particular se elige para expresar las composiciones de las diversas fases.
El nombre de grados de libertad o variancia de un sistema significa el número mínimo de variables independientes que deben especificarse a fin de definir completamente las restantes del sistema. Cuando el sistema solo tiene un grado de libertad esmonovariante.
LA REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
Gibbs estableció por primera vez que hay una relación fija entre el número de grados de libertad, de componentes y de fases presentes. Esta relación conocida como regla de las fases, es un principio muy general, y su validez no depende de la constitución atómica o molécular en consideración. A fin de definir la composición de cada fase es necesarioespecificar la concentración de los (C-1) constituyentes puesto que el otro restante, queda determinado por diferencia. Como hay P fases, el número total de variables de concentración será P(C-1), que junto con la temperatura y presión constituyen un total de (P(C-1)+2). El equilibrio entre las diversas fases de un sistema es solo posible si la energía libre molal parcial de cada constituyente de unafase, es igual a la del mismo constituyente en cada una de las restantes. Cuando existen P fases dispondremos de (P-1) ecuaciones para cada constituyente, y para C constituyentes habrá C(P-1) ecuaciones. Si este número es igual al número de variables, el sistema queda completamente definido. Sin embargo, no es el caso general, y el número de variables excederá al de ecuaciones en F, donde
F= Númerode variables-Número de ecuaciones
=(P(C-1)+2)-(C(P-1))
=C-P+2 (1)
La ecuación 1 constituye la regla de las fases de Gibbs. F es el número de grados de libertad del sistema.
La regla de las fases no presenta restricciones por suposiciones hechas, y que su validez es absolutamente general bajo todas las condicione de distribución, con tal que existaequilibrio en el sistema.
SISTEMAS DE UN SOLO COMPONENTE
La complejidad de los sistemas de un componente depende del número de fases sólidas que existen en el sistema.
Sistema Agua: por encima de -20°C y debajo de 2000 atm de presión hay sólo una fase en el sistema, esto es el hielo. Esta fase sólida, el agua líquida y el vapor acuoso constituyen las tres posibilidades del sistema. Al...