Termodinamica de laz mezclas

Capítulo 7

Termodinámica de las mezclas

Mezclas y disoluciones
En general, se puede decir que una mezcla termodinámica es un sistema compuesto de varias partes termodinámicamente distinguibles, como P.e. agua caliente y agua fría, agua líquida y su vapor, oxígeno y nitrógeno, oxígeno-16 y oxígeno-17 (isótopos), hierro y carbono (en bloques separados, triturados o en solución sólida), ionesy electrones, etc. En este capítulo sólo se van a considerar mezclas de especies distinguibles, también llamados sistemas compuestos (en general, especies químicas, pero también mezclas de isótopos), y no mezclas de una misma especie en diferentes estados. El término 'mezcla' se utiliza con carácter general para sistemas compuestos en cualquier estado de agregación, es decir, para mezclassólidas, líquidas, gaseosas o cualquier combinación. Pese a ello, en estado líquido, muchas veces se pone especial énfasis en un subconjunto de los componentes (que se llamará disolvente) de la mezcla, y al resto de los componentes se les denominará solutos, llamándose "disolución" a esa mezcla. En estado sólido, donde la movilidad molecular es pequeñísima, se suele usar la palabra "solución sólida" paradesignar las mezclas termodinámicas (si cambian la red cristalina se llaman aleaciones), para evitar confundirlas con las mezclas físicas de polvos sólidos sin cohesión. Dependiendo del estado del sistema y de la resolución espacial elegida por el observador, las mezclas se clasifican en:

- mezclas homogéneas, si, para la resolución elegida (p.e. 0,l mm), no se detectan
variaciones bruscas delas propiedades de un punto a otro (p.e., el aire de la atmósfera, el agua del mar, una barra de hierro); si no se detecta ninguna variación se dice que la mezcla es uniforme. - mezclas heterogéneas, si, para la resolución elegida, sí se observan saltos en alguna propiedad de un punto a otro (cambia la densidad, o el índice de refracción, etc). Se llamaa un sistema homogéneo (mezcla o puro).

Eneste capítulo se considera el efecto del cambio de composición física (sin reacción química1 ni disociación iónica2) en sistemas homogéneos (monofásicos) y heterogéneos (multifásicos). La variación de composición tiene siempre lugar por difusión de especies
1. En el Cap. 9 se estudian las mezclas reactivas. 2. En este libro no se estudian las disoluciones electrolíticas.

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l. Martínez:TERMODINAMICA BASICA Y APLICADA

causada por gradientes en los potenciales químicos; en el Cap. 11 se ven algunos modelos de estos procesos de transporte, pero aquí sólo se consideran estados de equilibrio. A veces la composición no varía en un cierto proceso de un sistema y sin embargo se sigue utilizando la teoría de mezclas para simplificar, ya que muchas mezclas se comportanproporcionalmente a como lo hacen los componentes por separado, y así, bastan'a en estos casos conocer las propiedades de los compuestos puros para estudiar cualquier mezcla de ellos. Para aclarar ideas, consideremos las dos mezclas más corrientes: el aire y el agua. En la mayoría de las aplicaciones ingenieriles ninguna de ellas se estudia como mezcla sino como sistema monocomponente: aire puro y agua pura.Primero se especifica qué es aire puro y agua pura, P.e., aire puro es una sustancia gaseosa con una mezcla de 79% de partículas diatómicas de nitrógeno y un 21% de partículas diatómicas de oxígeno, y agua pura es agua siendo D el átomo de deuterio). Las destilada (que todavía es una mezcla de H20y D20, sustancias de trabajo serán aire impuro (con vapor de agua, argón, dióxido de carbono, polvo,microorganismos, etc) y agua impura (con sales disueltas, gases disueltos, partículas en suspensión, microorganismos, etc), pero a efectos prácticos muchos procesos se describen perfectamente con el modelo de aire puro o de agua pura. Aún más; el comportamiento termodinámico de estas sustancias se suele aproximar por los sencillísimos modelos de gas perfecto y líquido perfecto, respectivamente, con...