equilibrio de fases en sistemas de un componente

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(1)QUIMICA FISICA I Segundo Curso – Primer cuatrimestre Facultad de Química. TEMA 6. EQUILIBRIO ENTRE FASES EN SISTEMAS DE UN COMPONENTE - Definición de fase. ‰. Fase: Sistema o parte de un sistema de composición química y estructura física homogénea, es. decir, presenta propiedades intensivas uniformes en todos sus puntos. Una fase es separable mecánicamente de las demás.. ‰. Un sistema puede presentar distintas fases en función de las condiciones de presión y. temperatura. Se denomina cambio de fase a la conversión espontánea de una fase en otra. Un cambio de fase tiene lugar a una temperatura característica para una presión dada.. ‰. Estabilidad de las fases: Para unas condiciones dadas de presión y temperatura, la fase más. estable es aquella que presenta un menor potencial químico (energía Gibbs molar). Por tanto, cualquier sustancia tiende espontáneamente a encontrarse en la fase con menor potencial químico. - Dependencia del potencial químico con la temperatura ⎛ ∂G ⎞ ⎛ ∂µ ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ m ⎟ = −S m ⎝ ∂T ⎠ P ⎝ ∂T ⎠ P. Sm (sólido) < Sm (líquido) < Sm (gas). µ (sólido) > µ (líquido) > µ (gas). - Dependencia del potencial químico con la presión ⎛ ∂G ⎞ ⎛ ∂µ ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ m ⎟ = Vm ⎝ ∂P ⎠T ⎝ ∂P ⎠T. Vm (sólido) < Vm (líquido). Vm (sólido) > Vm (líquido) 1.

(2) Química Física I – Tema 6. - Regla de las fases. ‰. Para un sistema con varias fases en el que no se produce reacción química, la regla de las fases. establece que L=C–F+2. L:. Número de grados de libertad o número de variables intensivas necesarias para describir el estado intensivo de un sistema.. C:. Número de componentes independientes o número mínimo de especies químicas independientes necesario para definir la composición de todas las fases del sistema.. F:. Número de fases presentes en un sistema.. - Diagrama de fases. ‰. Diagrama de fases: Representación de los intervalos de presión y temperatura en los que las. fases de una sustancia son termodinámicamente estables.. 2.

(3) Química Física I – Tema 6. ‰. Superficies abiertas (F = 1, L = 2): Se necesitan conocer los valores de P y T para especificar el. estado de un sistema.. ‰. Líneas OT, TB y TC (F = 2, L = 1): Se necesita sólo una variable (P ó T) para definir el estado. intensivo de un sistema.. ‰. Punto T (F = 3, L = 0): Punto triple, donde coexisten tres fases de un sistema. El punto triple de. una sustancia se produce a una presión (PT) y temperatura (TT) características de cada sustancia.. ‰. Equilibrio líquido-vapor (línea TC): Los puntos de la línea TC representan la presión del vapor cuando coexisten líquido y vapor en equilibrio a una temperatura dada. Los puntos de la línea TC representan los puntos de ebullición de un líquido en función de la presión, es decir, las temperaturas a las que el líquido y su vapor están en equilibrio a una determinada presión. Punto de ebullición normal de un líquido (Tb): Es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a 1 atm.. ‰. Equilibrio sólido-líquido (línea TB): Los puntos de la línea TB representan los puntos de fusión de un sólido en función de la presión, es decir, las temperaturas a las que el sólido y el líquido están en equilibrio a una determinada presión. Punto de fusión normal de un sólido (Tf): Es la temperatura a la cual funde un sólido a la presión de 1 atm.. ‰. Equilibrio sólido-gas (línea OT): Los puntos de la línea OT representan la curva de presión de vapor de un sólido. El origen de esta línea siempre está en el origen del diagrama.. ‰. Punto crítico (punto C): A la presión crítica (PC) y la temperatura crítica (TC), las densidades de las fases líquida y vapor son iguales, las propiedades del líquido y del gas no se distinguen y el sistema pasa de ser bifásico a monofásico. La temperatura crítica (TC) indica la temperatura máxima a la que se puede licuar un gas por compresión isoterma.. 3.

(4) Química Física I – Tema 6. - Diagramas de fases de sustancias puras. ► H2O. ► CO2. ► He. 4.

(5) Química Física I – Tema 6. - Regla de Trouton. ‰. La regla de Trouton establece que las entropías de vaporización estándar de un amplio conjunto. de líquidos son aproximadamente constantes. ∆S vaporización =. ‰. ∆H vaporización cal J ≈ 10.5R = 21 = 87 T molK molK. Esta regla se justifica en que el aumento de desorden cuando se evapora cualquier líquido es. comparable. La regla falla para líquidos polares, líquidos que hierven por debajo de 150 K o líquidos que hierven por encima de 1000 K.. - Ecuación de Clapeyron. ‰. La ecuación de Clapeyron indica cómo es la variación de la pendiente de cada una de las líneas. de equilibrio del diagrama de fases ∆H transición ∆H transición dP = = dT T∆V transición T∆Vtransición. - Ecuación de Clausius-Clapeyron. ‰. La ecuación de Clausius-Clapeyron se aplica a los equilibrios entre fases en los que intervenga. una fase condensada y un gas (al que se supone comportamiento ideal), de forma que d ln P ∆H ≈ dT RT 2. ‰. Se puede obtener una expresión integrada de Clausius-Clapeyron considerando que la entalpía. del cambio de estado permanece constante con la temperatura a lo largo de la línea de equilibrio, de forma que. ln. P2 ∆H ⎛ 1 1⎞ ⎜⎜ ≈− − ⎟⎟ P1 R ⎝ T2 T1 ⎠. - Bibliografía ‰ Equilibrio de fases en sistemas de un componente : - Levine, Fisicoquímica, Vol. 1, 5ª Ed., McGraw-Hill, 2004. - Atkins, Química Física, 6ª Ed, Omega, 2002. - Engel, Química Física, Pearson, 2006.. - Temas 7. - Temas 6, 8. - Tema 8. 5.

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