EQUILIBRIO HETEROGÉNEO : DIAGRAMA DE FASES I

I.
EQUILIBRIO HETEROGÉNEO : DIAGRAMA DE FASES
EQUILIBRIO DE FASES DE SUSTANCIAS PURAS:
A.
Sistema homogéneo - una sola fase; unidades en composición química y estado físico.
B.
Sistema heterogéneo - Varias fases física y químicamente diferentes se separan
mecánicamente.
C.
Fase - parte uniforme de un sistema en composición química y propiedades físicas
separadas por superficies límites.
D.
Número de fases de un sistema, (P) - número de regiones homogéneas diferentes
caracterizadas por propiedades intensivas definidas y separadas una de las otras por
fronteras.
E.
Composición ó Componente, (C):
número de especies químicamente diferentes necesarias para describir la
composición de cada fase. Componente varía su composición en forma
independiente.
es el número mínimo ó menor de sustancias en función de las cuales se
pueden describir separadamente la composición de cada una de las fases del
sistema.
sustancia = componente si no hay reacción entre sí.: # componentes < # de
sustancias si hay reacción.
# sustancia - # ecuaciones de equilibrio - # condiciones iniciales ó de
estequiometría ó condiciones de electroneutralidad, (soluciones iónicas)
Ejemplo:H2O, HCN, H+, OH-, CN+
H2O º
H+
HCN º
H+
+
X(H+)
= X(CN-) + X(OH-)
C =
5 - 2 - 1 = 2
5 sustancias
-
OH
CN-
2 equi libr ios
1 electroneutralidad
F.
Número de grados de libertad ó Varianza, (F) - número mínimo de variables
intensivas independientes, (P, T, concentración) que deben especificarse para poder
describir completamente el estado del sistema.
G.
Regla de fase de Willard Gibbs.
1.
F = C - P + 2
(1)
2.
C componentes en P fases
3.
F = # de variables independientes intensiva.
4.
Variables de composición (C -1) ya que 3xi = 1 en una fase. En P fases:
P(C - 1) = Variables de composición ó concentración.
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H.
I.
5.
T, P por lo tanto variables intensivas que se deben tomar en cuenta.
(C - 1)P + 2
6.
Si T ó P se mantiene constante (C - 1)P + 1 ya que las fases están en
equilibrio.
7.
Estados de equilibrio:
P-1
ecuaciones de equilibrio para un componente.
C(P - 1)
ecuaciones de equilibrio para C componentes
8.
F = # de variables - # de ecuaciones = P(C - 1) + 2 - C(P - 1)
F = C - P + 2
9.
Ejemplo:
C = 1
F = 3 - P
P = 1 F = 2
bivariante; T, P
P = 2 F = 1
univariante; T ó P
P = 3 F = 0
invariante, pto. triple
10.
Ejemplo de polimorfismo:asufre (alotropía - elemento): rómbico y
monoclínico
11.
Análisis termal: curvas de enfriamiento a P constante.
a.
Ejemplo de transición de fase se libera calor debido a )H y la rapidez
de enfriamiento disminuyea;
F = C - P + 2 = 1 - 2 + 2 = 1
F = 0
a P constante
Transiciones de fase de primer orden
1.
Transferencias de calor a los alrrededores )H … 0
2.
(2)
3.
(3)
4.
(4)
Transiciones de segundo orden:
1.
)H = 0 y )V = 0
(5)
2.
CP no tiende a infinito, cambia por cantidad finita
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3.
4.
J.
II.
(6)
No continua en
Transiciones tipo 8 (metales a estados de superconductividad)
1.
)Hm = 0 y )Vm = 0 CP º 4
(7)
(8)
DERIVACIÓN ECUACIÓN DEL EXPERIMENTO
A.
Regla de fases de Gibbs
F = C- P+ 2
B.
Determinación de )Hf
(9)
(10)
Derivando con respecto a T a ambos lados de (10)
(11)
Utilizando la ecuación de Gibbs - Helmholtz:
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(12)
Sustituyendo (12) en (11)
(13)
Integrando (13):
(14)
donde: T0 es la temperatura de congelación del sólido puro.
T es la temperatura de congelación de la so lución a fracción molar x.
(15)
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