![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](https://image.slidesharecdn.com/qu343sistemamonocomponente2020-201007003910/85/sistema-monocomponente2020-13-320.jpg)
sistema monocomponente2020
- 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