Equilibrio De Fases

I. EQUILIBRIO DE FASES

 La segunda ley de la termodinámica nos indica si un proceso es factible o no factible.

 Un proceso en que la entropía disminuye, no puede suceder. Por otro lado, cuando aumenta la entropía se dice que un proceso químicamente factible.

 Sin embargo, cuando la entropía es igual a cero, se dice que el sistema está en equilibrio.

 Un sistema aislado está en equilibrio cuando sus propiedades macroscópicas permanecen cons-tantes con respecto al tiempo.

 Existen 3 tipos de equilibrio: Mecánico, Material, y Térmico.

 Mecánico: Las fuerzas que actúan sobre un sistema están equilibradas y no existe acelera-ción ni turbulencia.

 Material: No suceden reacciones químicas globales en el sistema. No hay transferencia de masa y las concentraciones de productos y reactivos no cambia.

 Térmico: No hay cambios en las variables principales de la termodinámica entre un sistema y su entorno cuando ambos están separados por una pared térmica conductora.

 Se habla de un equilibrio termodinámico cuando hay equilibrio mecánico, material y térmico.

1. EQUILIBRIO MATERIAL

 El equilibrio material se da cuando no suceden reacciones químicas globales en el sistema ni hay transferencia neta de materia desde una parte del sistema a otra; las concentraciones de las especies químicas en las distintas zonas del sistema son constantes.

 Cuando un sistema no es homogéneo, puede constar de una serie partes que sí lo son, cada una de las cuales se denomina fase.

 La fase no hace referencia a sólidos, líquidos o gases. Un sistema puede ser enteramente líqui-do y tener más de una fase; por ejemplo, la mezcla de agua y aceite corresponde a un sistema líquido pero con dos fases.

 El equilibrio material puede ser de 2 tipos:

 Equilibrio Químico.- Este es el equilibrio con respecto a la conversión de un conjunto de es-pecies químicas en otras. Una serie de reactivos químicos generan una serie de productos químicos.

 Equilibrio de Fases.- Este es el equilibrio con respecto al transporte de materia entre las fases del sistema, sin que exista conversión de una especie a otra.

 Las condiciones de equilibrio químico y equilibrio de fases se pueden determinar usando la energía libre de Gibbs y la energía libre de Helmholtz.

A) ENERGÍA LIBRE DE HELMHOLTZ

 Herman L. Helmholtz. Alemania. 1821-1894.

 El criterio de equilibrio material en un sistema capaz de efectuar solo trabajo y manteniendo la temperatura y el volumen constante quede definida por la energía libre de Helmholtz.

 Esta ecuación nos permite conocer sí una reacción química ocurre espontáneamente tomando en cuenta las variables termodinámicas de volumen y temperatura.

 Las unidades de ΔA son Joules, ya que es un tipo de energía.

 Donde:

 Si ΔA = 0 Reacción en Equilibrio

 Si ΔA < 0 Reacción Espontánea

 Si ΔA > 0 Reacción No Espontánea

B) ENERGÍA LIBRE DE GIBBS

 Josiah W. Gibbs. USA. 1839-1903.

 El criterio de equilibrio material en un sistema capaz de efectuar solo trabajo y manteniendo la temperatura y la presión constante quede definida por la energía libre de Gibbs.

 Esta ecuación nos permite conocer sí una reacción química ocurre espontáneamente tomando en cuenta las variables termodinámicas de presión y temperatura.

 Las unidades de ΔG son Joules, ya que es un tipo de energía.

 Dónde:

 Si ΔG = 0 Reacción en Equilibrio

 Si ΔG < 0 Reacción Espontánea

 Si ΔG > 0 Reacción No Espontánea

 La disminución de G y A implican un aumento de la entropía y se dice que la espontanei-dad de una reacción química se favorece.

 Así mismo, existe una relación matemática para Gibbs y Helmholtz.

1.2. PROPIEDADES EXPERIMENTALES

 Las tres propiedades experimentales más fáciles de medir son: Capacidad Calorífica (Cp); Di-latación Térmica (); y Compresibilidad Térmica ().

 Los valores de  y  se pueden usar para determinar los cambios en volumen cuando hay cam-bios de presión y temperatura.

A) CAPACIDAD CALORÍFICA

 La capacidad calorífica de un cuerpo es la relación entre la cantidad de energía calorífica trans-ferida a un determinado cuerpo o sistema en un proceso y el cambio de temperatura.

 Se dice que es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1 K la temperatura de una de-terminada cantidad de sustancia usando el Sistema Internacional (SI).

 Esta indica la facilidad o dificultad que un determinado cuerpo tienen para aumentar su tempe-ratura cuando se le aplica calor.

 Esta es una magnitud extensiva y depende del tipo de sustancia y la cantidad de la misma.

 Se habla de dos tipos de Capacidades Caloríficas: Capacidad Calorífica a Presión Constante, Cp, y Capacidad Calorífica a Volumen Constante, Cv. Estas dependen de la naturaleza del proceso, es decir, si es a presión constante o a volumen constante; y ambas se calculan con equipos de laboratorio.

 Las unidades son J/mol∙K

 El Cp está relacionado con la Entalpía, mientras que el Cv con la Energía Interna.

B) DILATACIÓN

 Se define la dilatación térmica como el aumento de longitud o volumen de un cuerpo físico por un cambio de temperatura. Se dice que al aumentar la temperatura, aumenta el volumen de di-cho cuerpo.

 En el caso de sólidos y líquidos depende directamente de la energía cinética de los átomos, mientras que en un gas depende del material donde están contenidos.

 El coeficiente de dilatación se abrevia con la letra  y se calcula a presión constante.

 Las unidades de  son 1/K

C) COMPRESIBILIDAD

 La compresibilidad es la propiedad de la materia en donde los cuerpos disminuyen su volumen cuando son sometidos a una presión o compresión.

 Se dice que los sólidos y los líquidos son difíciles de comprimir, caso contrario de los gases.

 El factor de compresibilidad se abrevia con la letra  y se calcula a temperatura constante.

 Las unidades de  son 1/Pa.

III.- TERMOQUÍMICA

 La termoquímica, también llamada Calor de Reacción, es la relación entre producto y reactivos de una determinada reacción química y su producción o absorción de calor.

 Los calores de reacción son llamados Entalpía. H.

 Las reacciones con calores negativos se conocen como reacciones exotérmicas, es decir, son aquellas reacciones que generan

...