Termodinámica del equilibrio

Termodinámica del equilibrio.

El equilibrio denota una condición estática, es decir, ausencia de un cambio. Por lo tanto, si existe un sistema en equilibrio bajo la condición de que no puede ocurrir en él ningún cambio de estado.

Cambio de estado: Se presenta cuando en un sistema cambia una o varias de sus variables de estado. Puesto que cualquier tendencia al cambio es causada por una fuerza impulsora, la ausencia de estas tendencias indica la ausencia de cualquier fuerza impulsora.

Gradiente de potenciales químicos.

Regla de las Fases.

Cuando dos fases están en equilibrio (especie pura), el estado del sistema se establece al especificar solo una propiedad intensiva. Pero… para sistemas de fases múltiples y multicomponentes ¿Cuántas variables independientes deben de fijarse con fin de establecer el estado intensivo del sistema?

        El estado intensivo de un sistema PVT con N especies químicas y π fases en equilibrio se caracteriza por las variables.

• Variables intensivas: T y P
• Especies químicas: N
• Fases en equilibrio: π

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Numero de grados de libertad

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Es posible escribir la ecuación de equilibrio de fase independiente que relacione las variables intensivas para cada una de las N especies por cada par de especies presentes.

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Juntando las dos ecuaciones antes planteadas:

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Nota. Regla de las fases: útil para establecer cuantas variables independientes se deben fijar en un sistema multifásico, multicomponente, intensivo y en equilibrio.

Sistemas intensivos de N fases en equilibrios.

        Las variables de la regla de fases son propiedades intensivas las cuales son independientes de la extensión del sistema y de las fases individuales. De este modo, la regla de las fases proporciona información tanto para sistemas grandes, tanto para sistemas pequeños y para tamaños diferentes de fases presentes.

¿Cuántos grados de libertad tienen cada uno de los siguientes sistemas?

1. Agua líquida, en equilibrio con su vapor.

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1. Agua líquida, en equilibrio con una mezcla de vapor de agua y nitrógeno.

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1. Una solución de alcohol en agua con su vapor.

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1. Un sistema compuesto por cloroformo, 1,4dihexano y etanol existe como sistema de dos fases vapor-liquido en condiciones normales.

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Teorema de Duhem.

Otra ecuación que establece grados de libertad. Este sirve para sistemas EXTENSIVOS.

Es otra regla parecida a la regla de fases. Se aplica a sistemas cerrados en equilibrio, para los cuales, se fijan los estados extensivos e intensivos del sistema.

Se dice que el sistema esta completamente determinado y se caracteriza por:

• Por las variables de las reglas de las fases.

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• Variables extensivas representadas por las masas o moles de las fases.

Ahora, si el sistema es cerrado y se forma por las cantidades de las especies químicas presentes se puede escribir una ecuación de balance de materia por especie química. (N especies) Las cuales además de las (N – 1) ecuaciones de la regla de las fases:

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