Regla de las Fases

Regla de las fases
La regla de las fases de describe el número de grados de libertad (L) en un sistema cerrado en equilibrio, en términos del número de fases separadas (F), el número de componentes químicos (C) del sistema y N el número de variables no composicionales (por ejemplo; presión o temperatura). Esta regla establece la relación entre esos 4 números enteros dada por:
La regla de lasfases de fue derivada de principios termodinámicos por Josiah Willard Gibbs hacia 1870.

Diagrama de fases

Deducción
Las variables (intensivas) necesarias para describir el sistema son la presión (+1), la temperatura (+1) y las fracciones molares relativas de los componentes en cada fase (+F(C-1)) de cada uno de los componentes de cada fase, eso nos da un número máximo de grados de libertad m= F(C-1)+2 para un sistema cualquiera.
La condición termodinámica importante es que en equilibrio el cambio de la energía libre de Gibbs cuando se producen pequeñas transferencias de masa entre las fases es cero. Esa condición equivale a que el potencial químico de cada componentes sea el mismo en todas las fases, eso impone r = C (F-1) restricciones o ecuaciones más para un sistema enequilibrio.
SISTEMAS REACTIVOS
Para cada reacción (r) tendremos una condición de equilibrio:

= 0
f = c – p + 2 – r
Restricciones adicionales (a): estequiometria o electro neutralidad.
f = c – p + 2 – r – a
Ej. NH3 (g) y alcanzamos el equilibrio:
2μ (NH3) = μ (N2) + 3μ (H2) r=1
2 moles (NH3) 1 mol (N2) 3moles (H2) a=1
f = 3 -1 +2 -1 -1= 2

Aplicada en sistemas de un componente
Paraespecificar el estado termodinámico de un sistema formado por una sustancia pura el número variables intensivas independientes que hay conocer (grados de libertad) es:
Si hay presente una fase, L=1componente-1fase+2=2 variables, es necesario especificar por ejemplo la P y la T
Si hay presente dos fases, L=1componente-2fases+2=1 variable, es necesario especificar sólo P o T
Si hay presente tresfases, L=1componente-3fases+2=0 variables
Por tanto podemos representar cualquier estado de equilibrio del sistema formado por una sustancia pura mediante un punto en un diagrama bidimensional de presión-temperatura. Este diagrama se denomina diagrama de fases.








EQUILIBRIO QUÍMICO.
En una reacción química, cuando los reactivos se mezclan en un recipiente de reacción (y concalefacción, si es necesario), la totalidad de los reactivos no se convierten en los productos. Después de un tiempo (que puede ser inferior a millonésimas de un segundo o mayor que la edad del universo), las reacciones opuestas, pueden alcanzar iguales velocidades de reacción, creando un equilibrio dinámico en el que la relación entre los reactivos y productos será fija. Esto se llama equilibrio químico.El concepto de equilibrio químico fue desarrollado después de que Berthollet (1803) encontrase que algunas reacciones químicas son reversibles. Para que una reacción, tal como

pueda estar en equilibrio, las velocidades de reacción directa e inversa tienen que ser iguales. En esta ecuación química, con flechas apuntando en ambas direcciones para indicar el equilibrio, A y B son las especiesquímicas que reaccionan S y T son las especies productos, y α, β, σ y τ son los coeficientes estequiométricos de los reactivos y los productos. La posición de equilibrio de la reacción se dice que está muy desplazada a la derecha, si, en el equilibrio, casi todos los reactivos se ha utilizado y a la izquierda si solamente se forma algo de producto a partir de los reactivos.
Guldberg and Waage (1865),basándose en las ideas de Berthollet, propusieron la ley de acción de masas:


donde A, B, S y T son masas activas y k+ and k− son las constantes de velocidad. Cuando las velocidades de la reacción directa e inversa son iguales:

y la relación entre las constantes de velocidad es también una constante, conocida ahora como constante de equilibrio.

Por convenio, los productos constituyen...