Tema 10 Equilibrio de Fases

Tema 10: EQUILIBRIO DE FASES Conceptos Previos Energética de los cambios de fases Diagrama P-T Equili Equ ilibrio brio Líq Líquid uido o – Sól Sólido ido Equilib Equ ilibrio rio Líq Líquid uido o – Gas Ecuación de Clapeyron Ecua Ec uaci ción ón de Cl Clau ausi sius us - Cl Clape apeyr yron on

Conceptos Previos Fase: Porción homogénea de un sistema. Las propiedades macroscópicas

intensivas son idénticas en cualquier punto del sistema Sistema homogéneo: Formado por una fase.

Sistema heterogéneo: Formado por más de una fase.

Varios componentes

Un solo componente (sustancia pura)

Energética de los cambios de fases Gas

Vaporización

Condensación

∆H v ap>0  va ∆Hsub>0

∆Hcond<0 ∆Hdep<0

Líquido

Sublimación

Deposición Fusión

Solidificación

∆Hfus>0

∆Hsol<0

Sólido

Diagrama P-T  Punto de ebullición normal:

Temperatura a la que la presión de vapor del líquido es igual a la presión de 1 atm

Punto de fusión normal:

Temperatura a la que funde el sólido si la presión es de 1 atm Curvas Cur vas de de Presión Presión de Vapor Vapor vs vs T Temperatura de fusión a P Temperatura de ebullición a P

Equi Eq uilib libri rioo Líqui Líquido do - Só Sólid lidoo H2O

CO2

⎛ dP ⎞ < 0 ⇒ d L > d s ⎜ ⎟ ⎝ dT  ⎠ S ↔ L

⎛ dP ⎞ > 0 ⇒ d L < d s ⎜ ⎟ ⎝ dT  ⎠ S ↔ L

Equilibrio Líquido - Sólido

●

● ●

●

●

Equi Eq uili libr brio io Líq Líqui uido do - Ga Gass Punto crítico ●

G

●

G

●

F

●

F

Hielo seco

P (atm)

Punto triple ●

E ●

T (ºC)

PT > 1 atm Sólido → Gas Sublimación

Equi Eq uili libr brio io Líq Líqui uido do - Ga Gass -

+

Pv

G

L

-

T

G

L

Fluido supercrítico

+

Sistema cerrado v evaporación = v condensación

Al ascender por la curva L

G

aumenta dgas y disminuye dlíq EQUILIBRIO DE FASES ( Líquido

↔

Gas)

En el punto crítico: dgas = dlíq

Diagrama P-V T1 > Tc Comportamiento gas ideal T3
↔

Gas

GAS Pv T3

Pv

Líquido Líquido

↔

Gas

Diagrama P-V

1 G

L

3

1

2

3

● ●

●

G

L

Ecuación de Clapeyron

Δ H  = d T  T Δ V  dP

líquido → gas

sólido → líquido

= Entalpía de cambio de fase

Δ V 

= Cambio de volumen

ΔH > 0

dP

ΔV > 0

dT

ΔH > 0 ΔV > 0

Excepciones: H2O, Ga, Bi

sólido → gas

Δ H 

dP dT

Curva de pendiente positiva En general, curva de pendiente positiva

V < 0 ⇒ curva de pendiente negativa

ΔH > 0

dP

ΔV > 0

dT

Curva de pendiente positiva

Ecua Ec uaci ción ón de Cl Clau ausi sius us - Cl Clap apey eyro ronn

ΔV = V g − V l ≈ V g  

Equilibrio líquido-vapor y sólido-vapor 

y si el gas se comporta como gas ideal

V g =

∫

P2

P1

Δ H Δ H PΔ H   = = = dT T ΔV T Vg  RT   dP

RT 

2

P

T 2

dT 

∫   RT 

d ln P ≈ Δ H 

ln

T 1

2

si ΔT pequeño

d ln P

ΔH=cte

dT 

Δ H  ⎛  1 1 ⎞ ≈− ⎜ − ⎟ P1 R ⎝  T2 T1 ⎠ 

P2

=

Δ H  2

 RT 

Ecuación de ClausiusClapeyron

Equilibrio Líquido - Gas Si Pv = Pext es posible la formación de burbujas de vapor 

Sistema abierto

EBULLICIÓN Tebullición es la temperatura a la que P v = Pext a) Éter dietílico, b) benceno, c) agua, d) tolueno, e) anilina

Líquidos volátiles

P vapor 

Tebullición

Para un mismo líquido si Pext disminuye Tebullición disminuye