Equilibrio Entre Fases

I. OBJETIVO GENERAL

Interpretar el diagrama de fases de una sustancia pura, construido a partir de datos de presión y temperatura obtenidos a través de diferentes métodos.

II. OBJETIVOS PARTICULARES

a. Comprender la información que proporcionan la regla de las fases de Gibbs y la ecuación de Clausius-Clapeyron.

b. Distinguir los equilibrios entre las diferentes fases (sólido, líquido, vapor).

c. Deducir las propiedades termodinámicas involucradas en la transición de fases.

III. PROBLEMA

Construir el diagrama de fases del ciclohexano a partir de datos obtenidos en la literatura, experimentales y calculados.

A1. CUESTIONARIO PREVIO

1. Expresar la regla de las fases de Gibbs y explicar qué información proporciona en la construcción del diagrama de fases.

F = C - P + 2

donde F = número de grados de libertad

C = número de componentes

P = número de fases presentes

2 = corresponde a las variables de temperatura T y presión P.

El número de grados de libertad se determina por la regla de las fases, si y solo si el equilibrio entre las fases está influenciado por la temperatura, presión y concentración. En sistemas puros el número mínimo de grados de libertad es cero, lo que significa que el número máximo de fases que puede coexistir es 0.

2. Definir los conceptos de componente, fase y grado de libertad.

Componente: es el menor número de constituyentes químicos, necesario para expresar la composición de cada fase presente en cualquier estado de equilibrio.

Fase: es cualquier fracción, incluyendo la totalidad, de un sistema que es físicamente homogéneo en si mismo y unido por una superficie que es mecánicamente separable de cualquier otra fracción.

- Un sistema compuesto por una fase es homogéneo

- Un sistema compuesto por varias fases es heterogéneo

Para los efectos de la regla de las fases, cada fase se considera homogénea en los equilibrios heterogéneos.

Grado de libertad: es el número de variables intensivas que pueden ser alteradas independientemente y arbitrariamente sin provocar la desaparición o formación de una nueva fase. Variables intensivas son aquellas independientes de la masa: presión, temperatura y composición. También se define con el número de factores variables.

F=0 indica invariante

F=1 univariante

F=2 bivariante

3. Escribir las ecuaciones de Clapeyron y Clausius-Clapeyron, indicar el significado de los términos que aparecen en ellas y explicar en qué casos de equilibrio de fases se aplica cada una.

La ecuación Clausius-Clapeyron es una forma de caracterizar el cambio de fases entre un líquido y el sólido. En un diagrama P-T (presión-temperatura), la línea que separa ambos estados se conoce como curva de coexistencia.

; donde es la pendiente de dicha curva, ΔH es el calor latente o entalpía del cambio de fase y ΔV es el volumen.

La ecuación de Clausius-Clapeyron sóloes aplicable para obtener la presión de vapor de un sólido o un líquido a una cierta temperatura, conocido otro punto de equilibrio entre las fases.

4. Explicar qué representa el punto triple en un diagrama de fases. Proporcionar dos ejemplos.

En este punto del diagrama coexisten los estados sólido, líquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termómetros.

5. Definir los términos siguientes: temperatura de fusión, temperatura de ebullición, temperatura crítica, presión crítica, entalpía de fusión, entalpía de vaporización.

Temperatura de fusión: El punto de fusión

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