fisicoquimica

1. QU-343
CAPITULO 1
Equilibrio de Fases Sistema
monocomponente

3. NECESIDAD DE CONOCER SU COMPORTAMIENTO
Termodinámica de mezclas
MEZCLAS
PROCESOS INDUSTRIALES
Transferencia de materia entre fases
Equilibrio (P,T, xi
, yi
)
Diseño / Optimización
Balances de energía/exergía
DATOS
EXPERIMENTALES
APLICACIÓN DIRECTA MODELADO de propiedades
de mezclas no estudiadas

4. ESQUEMA DE UNA PLANTA QUÍMICA
MATERIAS
PRIMAS
ETAPA DE
PURIFICACIÓN
ETAPA DE
REACCIÓN
ETAPA DE
PREPARACIÓN
REACTIVOS
NO
DESEADOS
PRODUCTOS
REACTIVOS NO
REACCIONADOS
PRODUCTOS
SECUNDARIOS
ETAPA DE
REACCIÓN

5. ESQUEMA DE UNA PLANTA QUÍMICA
MATERIAS
PRIMAS
ETAPA DE
PURIFICACIÓN
ETAPA DE
REACCIÓN
ETAPA DE
PREPARACIÓN
REACTIVOS
NO DESEADOS
PRODUCTOS
REACTIVOS NO
REACCIONADOS
PRODUCTOS
SECUNDARIOS
OPERACIONES DE
SEPARACIÓN
(DESTILACIÓN...)
40-80% INVERSIÓN

6. PLANTEAMIENTO
Estudio de mezclas Composición
Comportamiento distinto
de sustancia pura
Propiedades
parciales
Modelo ideal
Gas ideal
Solución ideal
Corrección
Propiedades residuales
Propiedades en exceso

7. Equilibrio
Mecánico Térmico
Material
Equilibrio de
fases
Equilibrio químico
dqdV
dni

9. Transición de fase: Conversión de una fase en otra.
Gas
Líquido
Sólido
Sublimación
Vaporización
Fusión
Condensación
Solidificación
Deposición

11. Regla de las fases
Para caracterizar completamente sistema termodinámico
es necesario conocer el valor de un número de variables
intensivas independientes.
L = C – F + 2
L número de variables intensivas independientes
(grados de libertad del sistema)
C número de componentes químicos del sistema
F número de fases presentes en el sistema
Disolución acuosa sobresaturada de
sacarosa, en equilibrio con su vapor:
C = C6
H12
O6
, H2
O = 2
F = sólido, líquido, gas =3
L = 2 - 3 +2 = 1 ej. T
Disolución acuosa sobresaturada de
NaCl y KCl, en equilibrio:
C = NaCl, KCl, H2
O = 3
F = sólido 1, sólido 2, líquido = 3
L = 3 - 3 +2 = 2 ej. T y P
Sustancia pura: C = 1
F = 1 L = 1 - 1 +2 = 2 T y P
F = 2 L = 1 - 2 +2 = 1 T (o P)
F = 3 L = 1 - 3 +2 = 0

12. Cuando en el sistema ocurren r reacciones químicas, el número de
variables independientes se reducen
L = C – F + 2 - r
Si además existen relaciones estequiométricas o de conservación
de la electroneutralidad, el número de variables intensivas
independientes es menor
L = C – F + 2 - r - a
Mezcla gaseosa : N2
, H2
y NH3
:
C = 3
F = 1 L = 3 - 1 +2 = 4 T , P, X1
y X2
Mezcla gaseosa : N2
, H2
y NH3
con catalizador
C = 3 F = 1
r = 1 2NH3
↔N2
+3 H2
L = 3 – 1 + 2 – 1 = 3 T, P, X1
(KP
)

13. Cuando en el sistema ocurren r reacciones químicas, el número de
variables independientes se reducen
L = C – F + 2 - r
Si además existen relaciones estequiométricas o de conservación
de la electroneutralidad, el número de variables intensivas
independientes es menor
L = C – F + 2 - r - a
Mezcla gaseosa : N2
, H2
y NH3
:
C = 3
F = 1 L = 3 - 1 +2 = 4 T , P, X1
y X2
NH3
con catalizador para establecer el equilibrio
2NH3
↔N2
+3 H2
C = 3 F = 1 r = 1 a = 1 [X(H2
) = 3X(N2
)]
L = 3 – 1 + 2 – 1 - 1 = 2 T, P

17. DIAGRAMA DE FASES EN SISTEMAS
DE UN COMPONENTE.2
Curvas de Presión de Vapor
Temperatura de fusión a P
Temperatura de ebullición a P
Punto de ebullición normal:
Temperatura a la que la presión
de vapor del líquido es igual a la
presión de 1 bar ( o 1 atm).
Punto de fusión normal:
Temperatura a la que funde el
sólido si la presión es de 1 bar.

19. El Potencial químico:
Es un parámetro fundamental de la termodinámica y se asocia a la cantidad de
materia.
Es el cambio de energía que experimenta el sistema cuando se adiciona una
partícula adicional, con la entropía y el volumen constantes.
La tendencia de una sustancia a reaccionar con otras sustancias, transformarse
en otro estado, se expresa por una única cantidad (Potencial químico)
El potencial químico (µ) es una medida de la magnitud de esta tendencia.
Escribimos (µA) para designar el potencial de la sustancia A. Mientras mayor sea
µ, más activa o dispuesta al cambio es la sustancia.

34. Sublimación: sólido→gas
Liofilización: deshidratación a baja presión
1) Congelar café molido
2) Disminuir la presión
3) El agua sólida pasa a agua gas, que se elimina.
Ventajas:
* Evita secado por calentamiento (destruiría moléculas del sabor)
* Evita que se estropee (en ausencia de agua no crecen bacterias)
EQUILIBRIO SÓLIDO-VAPOR. CURVAS DE PRESIÓN DE VAPOR.

36. Presión de vapor de un líquido: presión ejercida
por su vapor cuando los estados líquido y gaseoso
están en equilibrio dinámico.
Sustancias
• Volátiles
Pvapor
alta a Tamb
• No volátiles
Pvapor
baja a Tamb

37. CONCEPTOS BÁSICOS: PRESIÓN DE VAPOR
•Una de las características más importantes de los líquidos es su capacidad
para evaporarse, es decir, la tendencia de las partículas de la superficie del
líquido, a salir de la fase líquida en forma de vapor.
•No todas las partículas de líquido tienen la misma Energía Cinética, es
decir, no todas se mueven a igual velocidad sino que se mueven a
diferentes velocidades.
•Solo las partículas más energizadas (con mayor energía) pueden escaparse
de la superficie del líquido a la fase gaseosa.
•En la evaporación de líquidos, hay ciertas moléculas próximas a la
superficie con suficiente energía como para vencer las fuerzas de atracción
del resto (moléculas vecinas) y así formar la fase gaseosa.
Las moléculas de la fase gaseosa que chocan contra la fase
líquida ejercen una fuerza contra la superficie del líquido, fuerza
que se denomina PRESIÓN DE VAPOR, que se define como la
presión ejercida por un vapor puro sobre su fase líquida cuando
ambos se encuentran en equilibrio dinámico.

38. Presión de vapor en mm de Hg
Temperatura (°C) Ácido acético Agua Benceno Etanol
20 11,7 17,5 74,7 43,9
30 20,6 31,8 118,2 78,8
40 34,8 55,3 181,1 135,3
50 56,6 92,5 264,0 222,2
60 88,9 149,4 388,6 352,7
70 136,0 233,7 547,4 542,5
80 202,3 355,1 753,6 818,6
Para visualizar como depende la Pv con la temperatura, examinemos la
siguiente Tabla:
Al examinar los datos experimentales se puede establecer los siguientes hechos:
a.- Para un mismo líquido, la presión de vapor aumenta a medida que aumenta la
temperatura.
Ejemplo: Agua a 40 °C → Presión de vapor 55.3 mmHg
Agua a 80 °C → Presión de vapor 355.1 mmHg

39. EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR. CURVAS DE PRESIÓN DE VAPOR.
Sistema cerrado
Pi
= Xi
P
Equilibrio entre las fases
H2
O (l) ↔ H2
O (g)
Cuando la velocidad de evaporación iguala la velocidad de condensación

41. EFECTO DE LA PRESIÓN y TEMPERATURA EN
LAS TRANSICIONES DE FASE
Cambio infinitesimal
P
P
P
T
α
β
Para una sustancia pura

43. Como el proceso de
cambio de fase se realiza
a T y P constantes
Ecuación de Clapeyron
P
P
T
α
β

44. líquido → gas
Curva de
pendiente
positiva
sólido → líquido
En general,
curva de
pendiente
positiva
Excepciones: H2
O, Ga, Bi ΔV < 0 ⇒ curva de pendiente negativa
sólido → gas
Curva de
pendiente
positiva
La pendiente es mayor que en el resto de transiciones porque ΔV es pequeño

46. Las pendientes de los límites de
de fase. Tratamiento cuantitativo.
dμ = – Sm
dT + Vm
dP
en el equilibrio de fases: μα
= μβ
aplicando para cada fase:
– Sαm
dT + Vαm
dP = – Sβm
dT + Vβm
dP
reordenando
(Vβm
– Vαm
) dP = (Sβm
– Sαm
) dT
Para dar la ecuación de Clapeyron
dP/dT = ΔStran
/ ΔVtran
ΔS + / ΔV + = pend +
dP
dT

47. APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN
DE CLAPEYRON
Equilibrio líquido-vapor y sólido-vapor
y si el gas se comporta como gas ideal
Ecuación de
Clausius-Clapeyron
si ΔT pequeño
ΔH=cte

49. Equilibrio sólido-líquido
Importante No puede aplicarse la ec. de Clausius-Clapeyron,
Si la ecuación de Clapeyron (ΔV≠Vg
)
La elevada pendiente de esta línea, implica que si P no cambia de
forma considerable, la variación de T será muy pequeña
si ΔH y ΔV cte
en el rango de T y P