Equilibrio De Fases

EQUILIBRIO ENTRE FASES CONDENSADAS

EQUILIBRIO LIQUIDO-LIQUIDO

Si se añaden pequeñas cantidades de fenol a agua, al principio el fenol se disuelve para dar una solo fase; sin embargo, en algún punto de la adición, el agua se satura y una adición posterior de fenol produce dos capas liquidas, una rica en agua y la otra rica en fenol. Todo esto ocurre debido a que los dos líquidos son parcialmente miscibles.

Supongamos que una de esas fases liquidas es un líquido A puro y la otra fase una solución saturada de A en otro liquido B.

Esto nos dice que el potencial químico de A en la solución será igual al potencial químico del componente puro esto quiere decir:

μ_A-μ_A^°=0

Esto se puede aplicar para una solución ideal:

μ_A-μ_A^°=RTLnX_A

En donde X_A será la fracción molar de líquido A. Esta ecuación nos dice que por lógica nunca sería igual a 0. Debido a que si eso ocurriera la mezcla solo contuviera al líquido A y su fracción molar sería igual X_A=1.

Para una miscibilidad parcial, el valor de μ_A-μ_A^° corresponde a una composición intermedia de la solución tienes que ser 0, entonces μ_A-μ_A^° debe seguir una curva.

Los líquidos que solo son parcialmente miscibles forman soluciones que están alejadas del comportamiento ideal.

Supongamos que a una temperatura dada T_1, se añaden pequeñas porciones del líquido A al líquido B y se disuelve completamente. Como todo el A se disuelve, esos puntos están en una región de una fase.

Después de añadir una cierta cantidad de A, se alcanza el límite de solubilidad, punto l_(1 ). Si se añade más A, se forma una segunda capa, ya que A no se disuelve más.

DESTILACION DE LIQUIDOS INMISIBLES Y PARCIALMENTE MISCIBLES

La miscibilidad parcial a baja temperaturas implica por lo general, aunque no siempre, un azeotropo de ebullición mínima. La miscibilidad parcial implica que al mezclar los dos componentes tienen mayor tendencia a evaporarse que en una solución ideal.

Si disminuye la presión en el sistema, todas las temperaturas de ebullición disminuyen, se desplazan hacia abajo. A presión suficientemente bajas, las curvas de la temperaturas de ebullición se intersectaran con las curvas de solubilidad liquido-liquido.

Si se aumenta la temperatura e un líquido homogéneo, a en t_A se forma vapor con composición b. este comportamiento es bastante común; sin embargo el vapor se enfría y alcanza el punto c, el condensado consistiría de dos capas liquidas, ya que c está en la región de los dos líquidos.

La presión total de vapor es la suma es las presiones de vapor de los líquidos puro;

P=P_A^°+P_B^°. Las fracciones mol Y_A e Y_B en el vapor son:

Y_A=(P_A^°)/P Y_B=(P_B^°)/P

Si n_A y n_B son los números de moles de A y B en el vapor, entonces

n_A/n_B =(Y_A )/Y_B =((P_A^°)/P)/((P_B^°)/P)=(P_A^°)/(P_B^° )

EQUILIBRIO SOLIDO-LIQUIDO. EL DIAGRAMA EUTECTICO SIMPLE

En una solución liquida donde esté compuesta por 2 componentes o más se enfría lo suficientemente bajo, aparecerá un sólido. Esta temperatura es el punto de congelación de la solución depende de la composición.

LnX_A=-〖∆H〗_(fus,A)/R (1/T-1/T_0A )

Suponiendo que el sólido A puro está en equilibrio con una solución liquida ideal. En esta representa la fracción molar por la temperatura de congelación.

Los puntos que se encuentran por arriba de la curva representan estados líquidos del sistema, y los puntos por debajo de la curva nos representan estados en los cuales coexisten. La curva se denomina curva del líquido.

Esta curva no puede representar la situación en todo el intervalo de composición. En la medida en que X_B=1, es de esperar la congelación del solido B por encima de las temperatura indicadas por la curva en esta región. Si la solución es ideal, la misma ley es válida para la sustancia B:

LnX_B=-〖∆H〗_(fus,B)/R (1/T-1/T_0B )

Donde T es la temperatura de congelación de B en la solución. Las curvas se intersecan a una temperatura T_e, la temperatura eutéctica. La composición X_ees la composición eutéctica. La línea GE es la curva de la temperatura de congelación en función de la composición de B. Los puntos como a debajo de esta curva representan estados en los cuales el sólido B puro esta en equilibrio con la solución de composición X_e.

ANALISIS TERMICO

La forma de las curvas de los puntos de congelación puede determinarse experimentalmente por medio del análisis térmico. En este método, una mezcla de composición conocida se calienta a una temperatura suficientemente alta para homogeneizarla y a continuación se enfría a una rapidez regulada.

DIAGRAMA DE TEMPERATURA DE CONGELACION CON FORMACION DE COMPUESTO

Si dos sustancias forman uno o más compuestos, el diagrama de temperaturas de congelación tiene a menudo la apariencia de dos o más diagramas eutécticos simples yuxtapuestos.

Es posible que se forme más de un compuesto entre las dos sustancias; este es a menudo el caso con las sales y el agua. La sal forma varios hidratos. Un caso extremo de este comportamiento lo presenta el sistema cloruro férrico-agua.

COMPUESTOS CON TEMPERATURA DE FUSION INCONGRUENTES

En este sistema, la curva de solubilidad del solido no desciende con suficiente rapidez para intersecarse con la otra curva entre la composición de 〖Na〗_2 K y Na puro. En vez de esto, se desvía a la izquierda de la composición de 〖Na〗_2 K y se interseca con la otra curva de solubilidad en el punto c, punto peritectico.

Primero examinamos el comportamiento del compuesto solido puro. Si se aumenta la temperatura, el punto de estado a lo largo de la línea ab. En b se forma el líquido con composición c. Como este líquido es más rico en potasio que el compuesto original, algo de sodio solido permanece sin fundirse.

Esta es una reacción peritéctica o una reacción de fase. Un detalle interesante de este sistema particular es el amplio intervalo de composición en el que a temperatura ambiente permanece en estado líquido la aleación de sodio y potasio.

MISCIBILIDAD EN EL ESTADO SOLIDO

Muchos solidos están en condiciones de disolver otros materiales para formar soluciones sólidas. Un ejemplo de eso es el cobre y el níquel son solubles entre sí en todas las proporciones en el estado sólido.

Al trabajar con un sistema de este tipo se presenta una dificultad experimental. Supongamos que el sistema se enfría muy rápido de a hasta e. Si se hace lo necesario para que el sistemas permanezca en equilibrio, los últimos vestigios del líquido B estarían

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