Diagrama de fases. Equiibrio

Resumen:

Introducción:

Componente: menor número de especies químicamente independientes necesario para describir la composición de cada fase del sistema.

Fase: región de uniformidad en un sistema. Esto significa una región de composición química uniforme y propiedades físicas uniformes.

Grado de libertad: número mínimo de números reales que es necesario especificar para determinar completamente el estado físico.

En química y termodinámica, la regla de las fases de Gibbs 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:

[pic 1]

A partir de la ecuación de Clausius-Clapeyron

[pic 2]

Donde  es el cambio de la presión con respecto a la temperatura, el  es la entalpia necesaria para el cambio de fase, la T es la temperatura a la cual se lleva a cabo el cambio de estado el  el cambio de volumen molar en el cambio de estado de agregación.[pic 3][pic 4][pic 5]

Cuando se supone un equilibrio liquido-solido la ecuación queda de la siguiente forma:

[pic 6]

Donde es el cambio de presión en el proceso,  es la energía necesaria por cada mol de la sustancia para cambiar de estado de agregación, en este caso se llama entalpia de fusión,  es el cambio de volumen molar durante el cambio de estado de agregación y las T son las temperaturas a las cuales se lleva a cabo el cambio de estado de agregación.[pic 7][pic 8][pic 9]

Cuando se supone un equilibrio gas-fase condensada (líquido o solido) la ecuación queda de la siguiente manera:

[pic 10]

Donde las P son las presione a las cuales se lleva a cabo el cambio del estado de agregación,  es la energía necesaria por cada mol de la sustancia para cambiar de estado de agregación, en este caso se llama entalpia de vaporización (equilibrio gas-liquido) o entalpia de sublimación (equilibrio gas-solido), R es la constante universal de los gases y las T son las temperaturas a las cuales se lleva a cabo el cambio de estado de agregación.[pic 11]

Con base a estas ecuaciones se pueden graficar estas propiedades dándonos como resultado un diagrama de fases tal y como se observa en la figura siguiente:

[pic 12]

Aquí se identifican cada uno de los estados de agregación de un compuesto puro, donde la línea que delimita la fase sólida y la fase liquida es el equilibrio liquido-solido que es el punto de fusión, la línea que delimita la fase liquida y la fase gaseosa es el equilibrio liquido-gas que es el punto de fusión, la línea que delimita la fase sólida y la fase gaseosa es el equilibrio solido-gas, todos estos varían con la presión, se observa en este diagrama que hay un punto donde intersectan estas líneas, este es el denominado como punto triple donde hay un equilibrio de las tres fases a una determinada temperatura y presión indicado como el punto a, también al final de la línea del equilibrio liquido-gas está el punto B el cual representa el punto crítico el cual significa que pasando esta temperatura y presión la sustancia pasa a una fase conocida como superfluido en donde la sustancia se comporta muy parecido a un gas ideal.

...