06 equilibrio de fases
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Equilibrio de fases realizada por un nigenierano cojo ingenierito civilizado en quimicaTRANSCRIPT
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EQUILIBRIO DE FASES
Profesor Javier Inostroza B.Ingeniero Civil Químico
Universidad de Santiago de ChileFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería en Minas
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Energía Libre de Gibbs (G)
Se define como:
De tal modo que:
El proceso ocurre de forma espontánea y es irreversible.
El proceso ocurre de forma espontánea y es reversible.
El proceso no ocurre de forma espontánea.
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EVAPORACIÓN
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EQUILIBRIO DE FASES
(T, p) constantes
GAS
LÍQUIDOml
mg
Δm
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EQUILIBRIO DE FASES
Para que el proceso ocurra de forma espontanea
(T, p) constantes
GAS
LÍQUIDOml
mg
Δm
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EQUILIBRIO DE FASES
Por definición
(T, p) constantes
GAS
LÍQUIDOml
mg
Δm
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EQUILIBRIO DE FASES
Entonces
Es decir
Flujo espontáneo a la fase con menor energía libre de Gibbs.
(T, p) constantes
GAS
LÍQUIDOml
mg
Δm
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EQUILIBRIO DE FASES
En resumen
: Evaporación
: Condensación
: Equilibrio
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REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
L : Número de grados de libertad.C : Número de componentes presentes.F : Número de fases presentes.
(*) Válido para sistemas sin reacción química.
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REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
Ejemplo #1.-
Determinar los grados de libertad para un sistema donde se encuentran en equilibrio agua (l) y agua (v).
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REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
SoluciónC=1 : Sólo un compuesto presente, el agua.F=2 : Dos fases, líquido (l) y vapor (v).
Por lo tanto se requiere conocer al menos una variable de estado para describir las condiciones termodinámicas del sistema.
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REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
A
B
C
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REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
A
B
C
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SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Grados de Libertad.-
• Una sola fase (F=1), entonces : G=2• Dos fases (F=2), entonces :
G=1• Tres fases (F=3), entonces :
G=0
(*) Para todos los casos anteriores: C=1.
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SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Presión de saturación (ps).-
Dada una determinada temperatura, es la presión a la cual ocurre la ebullición de un líquido.
A cada presión de saturación le corresponde una y solo una temperatura de saturación (Ts).
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SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Ecuación de Clapeyron.-
: Calor latente medio.: Variación en el volumen molar.
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SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Ecuación de Clausius-Clapeyron.-
(*) Válida para equilibrio líquido-gas y sólido-gas únicamente, considerando que el gas se comporta de modo ideal y que la variación en la temperatura es moderada.
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SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Ecuación de Antoine.-
A y B son parámetros que dependen del tipo de compuesto, y que pueden obtenerse de bibliografía.
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Grados de Libertad.-
• Una sola fase (F=1), entonces : G=3• Dos fases (F=2), entonces :
G=2• Tres fases (F=3), entonces :
G=1
(*) Para todos los casos anteriores: C=2.
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Ley de Dalton.-
(*) Fase gas.
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Ley de Raoult.-
Ley de Henry.-
(*) Fase líquida.
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Ideales.-
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Ideales.-
Son aquellas en las que la fracción molar del líquido se aproxima a 0, por lo que se les llama también «disoluciones ideales».
: Ley de Raoult (s. concentrada) : Ley de Henry (s. diluida)
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Reales.-
Fase líquida:
: Coeficiente de actividad
(*) La fase gas se sigue considerando como ideal.
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Reales.-
Modelo de Van Laar
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Reales.-
Modelo de Van Laar
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTESMODELO DE VAN LAAR: CONSTANTES PARA MEZCLAS BINARIAS
Componente 1 Componente 2 Temperatura [°C] B12 B21
Acetaldehido Agua 19.8 - 100 1,59 1,8Acetona Agua 25 1,89 1,66Acetona Agua 56.1 - 100 2,05 1,5Acetona Metanol 56.1 - 64.6 0,58 0,56
Agua Fenol 100 - 181 0,83 3,22Benceno Isopropanol 71.9 - 82.3 1,36 1,95
Bisulfuro de Carbono Acetona 39.5 - 56.1 1,28 1,79
Bisulfuro de Carbono Tetracloruro de Carbono 46.3 - 76.7 0,23 0,16
Etanol Agua 25 1,54 0,97Etanol Benceno 67.0 - 80.1 1,946 1,61Etanol Ciclohexano 66.3 - 80.8 2,102 1,729
Etil Acetato Benceno 71.1- 80.2 1,15 0,92Etil Acetato Tolueno 77.2 - 110.7 0,09 0,58
Etil Eter Etanol 34.6 - 78.3 0,97 1,27Isobutano Furfural 37,8 2,62 3,02Isobutano Furfural 51,7 2,51 2,83
Isopropanol Agua 82.3 - 100 2,4 1,13Metanol Agua 25 0,58 0,46Metanol Agua 64.6 - 100 0,83 0,51
Metil Acetato Agua 57.0 - 100 2,99 1,89n-Hexano Etanol 59.3 - 78.3 1,57 2,58
n-Propanol Agua 88.0 - 100 2,53 1,13Tetracloruro de
Carbono Benceno 76.4 - 80.2 0,12 0,11
Fuente: SANDLER, STANLEY.(1989). Chemical and Engineering Thermodynamics. John Wiley & Sons. New York.
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Volatilidad Relativa (α).-
Relación entre las fracciones molares de la fase líquida y la fase vapor en una solución binaria.
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SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Volatilidad Relativa (α).-Para soluciones ideales