Equilibrio de fases

EQUILIBRIO DE FASES

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Recordemos que cualquier sistema evoluciona de forma espontánea hasta alcanzar el equilibrio, y que es posible determinar si un sistema está en equilibrio con su entorno si la Suniverso o si las funciones de estado del sistema U, H, A y G permanecen constantes con el tiempo. En caso contrario analizando como variarían estas funciones de estado se puede determinaren que sentido evolucionará el sistema, para lo cual se emplean las ecuaciones de Gibbs.
Así, la condición de equilibrio material en un sistema compuesto por varias fases y especies es [pic], condición que se cumple cuando no hay cambios macroscópicos en la composición del sistema, ni transporte de materia de una fase a otra del sistema.
 
¿Como se alcanza el equilibrio material entre fases?Supongamos que tenemos dos fases en equilibrio térmico y mecánico, y que ambas fases contienen el componente i. Si una cantidad dni moles de sustancia fluyen espontáneamente de la fase α a la fase β, debe ser porque con ese flujo G se minimiza: [pic]
Lo que aplicado a un sistema en equilibrio térmico y mecánico constituido por dos fases: [pic]. Como por otra parte, el flujo de ni moles entre lasfases implica que [pic], se tiene que: [pic]
Como dni se ha definido como un valor positivo, (cantidad de moles de sustancia i que llegan a la fase β, el flujo de materia se debe a que [pic], alcanzándose el equilibrio material cuando los potenciales químicos de la sustancia son iguales en las dos fases: [pic]
Luego podemos decir: En un sistema cerrado en equilibrio termodinámico, el potencialquímico de un componente dado es el mismo en todas las fases en las que el componente está presente.
 

REGLA DE LAS FASES

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Para describir el estado de equilibrio de un sistema de varias fases y diversas especies químicas deberemos conocer el número de variables intensivas independientes que definen el sistema. Para conocer este número se aplica la regla de las fases : L=C-F+2; donde Les número de variables intensivas independientes (grados de libertad), C el número de componentes químicos del sistema, y F el número de fases presentes en el sistema
Cuando en el sistema pueden ocurrir una o varias reacciones químicas (r), entonces el número de variables intensivas independientes se reduce en el número de reacciones que ocurren y la regla de las fases se transforma en: L=C-F+2-rPero además si en el sistema existen relaciones debidas a la estequiometría o de conservación de la electroneutralidad del sistema, el número de variables  intensivas independientes se reduce en un número correspondiente a estas relaciones que llamaremos a. La regla de las fases con todas estas restricciones queda definida por la siguiente ecuación: L=C-F+2-r-a

Ejemplos

• Ejemplos deaplicación de la regla de las fases

 

DIAGRAMA DE FASES PARA SISTEMAS DE UN COMPONENTE.

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Vamos a centrarnos en el estudio del equilibrio de fases en sistemas formados por un solo componente. Para especificar el estado termodinámico de un sistema formado por una sustancia pura el número variables intensivas independientes que hay conocer (grados de libertad) es:
• Si haypresente 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 tres fases, 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 undiagrama bidimensional de presión-temperatura. Este diagrama se denomina diagrama de fases. Un ejemplo del diagrama de fases de una sustancia pura se muestra en la figura
|[pic] |En el diagrama de la figura las líneas AB, BD y BC|
| |corresponden...