Este documento trata sobre el equilibrio de fases en sistemas físico-químicos. Explica conceptos clave como sistema, fase, componente y grados de libertad. También presenta la regla de Gibbs, que relaciona el número de fases, componentes y grados de libertad de un sistema en equilibrio. Finalmente, incluye ejemplos de aplicación de esta regla a diversos sistemas como soluciones acuosas y diagramas de fases del agua pura.

1. EQUILIBRIO DE FASES
FISICOQUIMICA

2. CONCEPTO
• El equilibrio entre fases es un estado termodinámico de un sistema.
• El equilibrio entre fases obedece a las leyes de la termodinámica y
son varios los criterios que deben satisfacerse para que en un sistema
exista un estado de equilibrio. Los criterios de equilibrio térmico y
mecánico internos establecen simplemente que la temperatura y la
presión resulten uniformes en todo el sistema;

3. Logro de aprendizaje
• Al finalizar la sesión, el estudiante resuelve problemas aplicando la
Regla de Gibbs o regla de fases para un componente.
• Identifica la cantidad de componentes en una ecuación química,
Analiza el número de fases por los cambios observados en las mezclas
cuando éstas se calientan o enfrían, o cuando se modifica su
composición, para poder determinar los grados de libertad de un
sistema en equilibrio.

4. Utilidad
• En la tecnología de alimentos, en procesos de
separación.
• En la cristalización o solidificación de sustancias.
• El proceso de cristalización es un proceso dinámico,
de forma que las moléculas que están en la disolución
están en equilibrio con las que forman parte de la red
cristalina.
• Los diagramas de fases son ampliamente utilizados
por científicos e ingenieros para entender y predecir
muchos aspectos del comportamiento de las mezclas
y de los procesos de separación.

5. Contenido
• Definir los términos Sistema, sistema limitante
• Definir fase, componente y grados de libertad
• La Regla de las fases de Gibbs.
• Los factores de la Regla de las fases.
• Problemas de aplicación.
• Aplicar la regla de las fases a sistemas de un componente.

6. Definiciones
• SISTEMA.- Objeto de estudio que puede ser un gas, una mezcla de
gases, un líquido o sólido y /o sus mezclas.
• FASE.- Fase es toda porción de un sistema heterogéneo; posee la
misma estructura o arreglo atómico, con aproximadamente la misma
composición y propiedades en todo el material que la constituye.
• Dos o más fases se encuentran en equilibrio cuando están a la misma
temperatura, a la misma presión, y cuando la composición de cada
una de ellas se mantiene invariante.
• COMPONENTES,- Componente se refiere al tipo de material o
sustancia química que se distingue de otra por su estructura química,
así como por sus propiedades físicas y químicas específicas.
TRANSFORMACION

7. LOS FACTORES DE LA REGLA DE FASES
Puede corresponder a los más variados tipos de sistemas
heterogéneos: un líquido en equilibrio con su vapor, una solución
saturada en equilibrio con el soluto sólido en exceso, dos líquidos
parcialmente solubles el uno en el otro, dos sólidos totalmente solubles
en equilibrio con su fase fundida, dos sólidos parcialmente solubles en
equilibrio con un compuesto formado entre ellos, etc.

8. Tipos de fases
• Forman una fase :
- Un gas o una mezcla gaseosa
- Una solución líquida homogénea (2 sustancias líquidas miscibles)
- Una solución de sólido en líquido homogénea.
- Un cristal
- Dos sólidos mezclados uniformemente.
- La aleación de 2 metales.

9. - Forman 2 fases:
- Agua líquida y hielo
- Dos líquidos inmiscibles
- Una solución sobresaturada de alguna sal
- Forman 3 fases:
- Agua líquida, hielo y su vapor de agua.

10. La Regla de las Fases o de Gibbs
• Willard Gibbs postuló la regla de las fases que vincula el número de
fases (F), componentes (C) y grados de libertad (L) de un sistema de
uno o más componentes en equilibrio:
• Es una ecuación que nos señala la libertad de modificar variables sin
alterar el equilibrio del sistema.
• Es la relación entre el número de componentes C , el número de fases
(F) y el número de grados de libertad L de un sistema que se
encuentra en estado de equilibrio.

11. La Ecuación de la Regla de Gibbs
• Esta regla establece la siguiente fórmula:
• L = C - F + 2
• Donde: Número de fases (F) en un sistema.
• Número de los componentes (C) la composición de cada una de las
fases.
• Grados de Libertad (L) (degrees of freedom).

12. Grados de Libertad
• Los grados de libertad de un sistema son las propiedades
intensivas como la presión, temperatura y concentraciones de
la diferentes fases, que se deben especificar para definir el
estado de un sistema y fijar todas sus propiedades.
• Representa al número de propiedades intensivas que se pueden
alterar en forma independiente y arbitraria , sin causar la
desaparición de una fase o la aparición de una nueva.

13. Sistemas de 1 componente
• Sistema de 1 componente y 1 fase
• La presión y la temperatura pueden modificarse independientemente,
el sistema es bivariante, hay 2 grados de libertad.
• Sistema de 1 componente y 2 fases
• Solo hay 1 grado de libertad, es decir que para que coexistan ambas
fases una variable por ejemplo la presión se fija constante por la
elección de una temperatura.

14. • Sistema de 1 componente y 3 fases
• Los grados de libertad es “0” por lo tanto, para que el sistema de tres
fases coexista en equilibrio, no se puede alterar ninguna de sus
propiedades intensivas.

15. Ejemplo 1:
• Calcular los grados de libertad para un sistema compuesto por
sacarosa sólida en equilibrio con una solución de sacarosa.

16. Diagrama de fases
• Los diagramas de fase proporcionan las condiciones en las cuales una
sustancia existe como sólido, líquido o gas en forma gráfica.
• Las líneas indican presencia de 2 fases.
• Un punto donde confluyen las tres líneas de fase, se denomina punto
triple es el único punto donde pueden coexistir las tres fases.

17. DIAGRAMA DE FASES DEL AGUA PURA

18. Ejemplo 3
• Hallar los grados de libertad para 3 puntos distintos del diagrama de
fases del agua pura.

19. PRACTICA

20. Ejercicio 1
• Calcular los grados de libertad de la siguiente ecuación
• H2(g) + I2(g)  2HI(g)

21. Ejercicio 2
• Calcular los grados de libertad de la siguiente ecuación
• N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)

22. Ejercicio 3
• Calcular los grados de libertad de la siguiente ecuación
• N2O4(g)  2NO2(g)

23. Ejercicio 4
• En el equilibrio de disociación de cualquier carbonato puro. Calcular
los grados de libertad de:
• CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)

24. Ejercicio 5
• En una solución acuosa de cloruro de potasio KCl. ¿Cuántas fases y
componentes se tiene y cual es su grado de libertad?

25. Ejercicio 6
• En un sistema de solución acuosa de KCl con su vapor. Determinar los
componentes , las fases y su grado de libertad.

26. Cierre:
• Para describir el estado de un gas basta con especificar V y P, V y T o
P y T, porque la tercera variable se puede calcular con la ecuación de
estado del gas ideal.
• Para definir el estado de un sistema de fases se tiene que aplicar la
regla de Gibbs.
• La regla de Gibbs es una ecuación en función del número de
componentes y fases que se encuentran en un sistema en equilibrio.
• Los Grados de libertad nos permiten saber cuantas variables
podemos mover sin alterar el equilibrio del sistema.

27. GRACIAS