Liquido-vapor

Equilibrios de fases. Sistemas multifásicos Introducción
Los sistemas multifásicos se clasifican convenientemente en función del número total de componentes, no de fases. Como se expone en esta introducción a los equilibrios de fases, la descripción que hace la termodinámica de estos equilibrios depende fundamentalmente del número de componentes. Un equilibrio multifásico típico es el equilibrioentre en el agua y el hielo. También, un caso de dos componentes puede ser una disolución de alcohol en agua. Si sólo se presenta un componente en las diversas fases, entonces no es un problema excesivamente complicado obtener ecuaciones termodinámicas capaces de explicar los equilibrios de fases. Un ejemplo típico es el sistema agua, hielo y vapor de agua. En un sentido estricto, habría queconsiderar también el aire sobre nuestro sistema, o evacuar convenientemente este aire del equilibrio. Veremos, no obstante, que al menos en condiciones normales, la influencia del aire puede despreciarse en buena aproximación. Cuando muchos componentes están presentes en un sistema multifásico, la descripción termodinámica se complica. Por eso nuestras explicaciones se restringirán a sistemas de doscomponentes como mucho. Una disolución de sal en agua, y el vapor de agua sobre ella,es un caso típico de un sistema de dos componentes, donde uno de ellos se encuentra en las dos fases. Como sistemas modelos donde los dos componentes se presentan en las dos fases, estudiaremos la evaporación de mezclas de dos líquidos, así como la solidificación de disoluciones metálicas. Para describir unasituación de equilibrio de fases, tenemos libertad absoluta en la elección del componente para el que vamos a escribir la igualdad del potencial químico, µi(fase 1)=µi(fase 2). Pero si alguno de los componentes forma una fase pura, ese componente tiene que escogerse obligatoriamente Los valores absolutos de los potenciales químicos no son conocidos, por esta razón se escribirá la condición de igualdadpara el cambio diferencial del potencial químico, es decir, dµi(fase 1)=dµi(fase 2).

Tabla Recordatoria 1

Condición de equilibrio en el cambio de fase

En los equilibrios de fases debe cumplirse para cada uno de los componentes que hay en la mezcla µi(fase 1) = µ i (fase 2) así como dµi(fase 1) = dµ i (fase 2) ¡Los potenciales químicos de componentes diferentes toman, no obstante,diferentes valores!

Los sistemas multifásicos de un solo componente los vamos a representar en diagramas de presión-temperatura, P-T. De esta forma veremos, que cuando tenemos una sola fase pueden variarse la presión y la temperatura de manera independiente, mientras que si tenemos un equilibrio de dos fases, entonces sólo podemos variar bien la presión o bien la temperatura manteniendo la presenciade las dos fases, pero no cada una de ellas independiente de la otra. El valor de una variable viene determinado por el valor que tome la otra. En caso contrario desaparece una de las dos fases. Tres fases pueden coexistir sólo a un valor de presión y temperatura muy concretos. Para cualquier cambio, por pequeño que este sea, se rompe el equilibrio trifásico. Sistemas multifásicos, de muchoscomponentes, presentan como variables además de la presión, la temperatura y el volumen, los números de moles de los componentes individuales. La composición de las fases individuales se expresa normalmente con ayuda de las fracciones molares. Si sólo tenemos dos componentes, podemos expresar la fracción molar del segundo componente a partir de la fracción molar del primero ( x2=1-x1). Si los doscomponentes de una mezcla binaria pueden estar en las fases en equilibrio, se emplea normalmente una representación de la presión de vapor frente a la fracción molar, o la temperatura frente a la fracción molar. En el primer tipo de representación, se mantiene la temperatura constante, mientras que en el segundo caso es la presión la que se mantiene constante. La representación de las presiones de...