Equilibrio de fases

Equilibrio de fases

1. Regla de Fases

   • Establece que para un sistema en equilibrio, el número de grados de libertad (F) está dado por la diferencia entre el número de variables termodinámicas independientes (P, T, y composición) y el número de restricciones impuestas por las fases presentes en el sistema
     • F= C − π + 2; Donde F es el # de grados de libertad. C es el número de componentes químicos en el sistema. π es el número de fases presentes en el equilibrio.

2. Líneas de Reparto

   • Describe la relación entre las concentraciones de un soluto en dos fases líquidas inmiscibles en equilibrio. Esta relación está determinada por la ley de distribución de Nernst, que establece que la razón de las concentraciones del soluto en cada fase es constante a una temperatura dada. Es especialmente relevante en técnicas de extracción líquido-líquido como la extracción con solventes.
     • Se grafica típicamente en un diagrama de equilibrio líquido-líquido, donde se muestra la variación de la concentración del soluto en una fase en función de su concentración en la otra fase, manteniendo constante la temperatura y la presión.
       • Ecuación: C1/​C2​ =Kd ​; Donde C1 y C2 ​ son las concentraciones del soluto en la Fase 1 y la Fase 2 respectivamente; Kd​ es la constante de distribución, que representa la relación de equilibrio entre las dos fases para un soluto y un solvente dados a una temperatura específica.
         • La constante de distribución Kd es una propiedad que depende de la naturaleza del soluto, el solvente y la temperatura. Se puede determinar experimentalmente mediante técnicas de extracción líquido-líquido.

3. Equilibrio liquido-vapor

   • Se alcanza cuando la fase líquida y la fase vapor de una sustancia están en equilibrio dinámico, lo que significa que la cantidad de moléculas que pasan de la fase líquida a la fase vapor (evaporación) es igual a la cantidad de moléculas que pasan de la fase vapor a la fase líquida (condensación). En este equilibrio, la presión del vapor se encuentra en equilibrio con la presión externa aplicada sobre el sistema.
     • Se puede describir matemáticamente utilizando la ecuación de Antoine, que relaciona la presión de vapor de un líquido con la temperatura
       • Además de la ecuación de Antoine, otras ecuaciones termodinámicas como la ecuación de Clausius-Clapeyron también se utilizan para describir el equilibrio líquido-vapor en sistemas más complejos o en condiciones no ideales

4. Ecuación de Antoine

   • Donde, P es la presión de vapor del líquido (en unidades de mmHg o kPa). T es la temperatura absoluta (Kelvin). A, B, y C son coeficientes específicos para cada sustancia y se determinan empíricamente.
     • Es una aproximación útil para predecir la presión de vapor de un líquido en función de la temperatura. Sin embargo, es importante tener en cuenta que esta ecuación puede no ser válida en todas las condiciones, especialmente a temperaturas extremadamente altas o bajas.
       • Aplicaciones: Determinación del aroma y sabor, al conocer la presión de vapor de estos compuestos a diferentes temperaturas, se puede predecir su comportamiento de evaporación y cómo esto puede afectar la percepción sensorial de los alimentos. Optimización del proceso de secado, ayuda a comprender la cinética de evaporación de los componentes volátiles durante el proceso de secado, lo que permite optimizar las condiciones de temperatura y presión para obtener productos finales de alta calidad

5. Diagrama de Gibbs

   • Es una representación gráfica que muestra las regiones de estabilidad de las fases en un sistema en equilibrio en función de la temperatura, la presión y la composición. Es una herramienta fundamental en la termodinámica para comprender y predecir el comportamiento de sistemas en equilibrio en diferentes condiciones.
     • También conocido como el Diagrama de Fases o Diagrama de Equilibrio
       • La ecuación que describe la relación entre las fases en equilibrio en un sistema, como se representa en un Diagrama de Gibbs, puede variar según el sistema específico y las condiciones termodinámicas.
         • Una de las ecuaciones fundamentales utilizadas es la Regla de Fases de Gibbs: F=C−Π+2 Donde F es el # de grados de libertad. C es el número de componentes químicos en el sistema. π es el número de fases presentes en el equilibrio.
           • Aplicaciones: Predicción y análisis de fases en sistemas de aleaciones metálicas. Diseño y optimización de procesos de separación como la destilación y la extracción. Estudio de reacciones químicas y equilibrios de fases en sistemas multicomponentes.

6. Punto Triple

   • Es una condición termodinámica donde coexisten tres fases de una sustancia en equilibrio: sólido, líquido y vapor. En este estado, las tres fases tienen la misma presión y temperatura.
     • Es importante porque proporciona una referencia precisa para definir la escala de temperatura en muchos sistemas de medición, como el punto de congelación y ebullición del agua. Además, se utiliza en calibraciones precisas de termómetros y en la definición de la escala de temperatura internacional
       • No hay una ecuación general para describir el punto triple, ya que depende de la sustancia específica. Sin embargo, para algunas sustancias, como el agua, la ecuación de Clausius-Clapeyron se puede utilizar para determinar la presión de vapor en el punto triple
         • Donde, P es la presión de vapor en el punto triple. ΔH fusión ​es el cambio de entalpía de fusión. R es la constante de los gases. Ttr es la temperatura del punto triple. ΔS fusión es el cambio de entropía de fusión.
           • Aplicaciones: Calibración de termómetros, Metrología, Determinación de propiedades termodinámicas

Images and files in the map