Distribución Entre Dos Fases
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DISTRIBUCIN
ENTRE DOSFASES
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DISTRIBUCIN DE FASES
A nivel industrial, los gases o los lquidosmulticomponentes se someten a cambiosen la composicin como parte del resultado
de dicho proceso (mezclado separacin),por la transferencia de especies de una fasea otra, o por reaccin qumica.
Por lo tanto desarrollaremos lasaplicaciones de la distribucin decomponentes entre las fases para unsistema dado.
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- POTENCIAL QUMICO
El potencial qumico de un sistematermodinmicoes el cambio de energaque experimenta el sistema si fuera
introducido en ste, una partculaadicional, con la entropa y el volumenmantenidos constantes.
El potencial qumico es un parmetrofundamental en termodinmica, asociadoa la cantidad de materia.
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Consideremos el caso ms simple dedos especies, donde una partculade la especie 1 puede transformarseen una partcula de la especie 2 y
viceversa. Un ejemplo de un
sistema, sera una mezclasobresaturada de agua lquida(especie 1) y vapor de agua (especie2). Si el sistema est en equilibrio,los potenciales qumicos de las dosespecies deben ser iguales. De lo
contrario, cualquier incremento enun potencial qumico produciraemisin neta e irreversible deenerga del sistema en forma decalor cuando esa especie con elpotencial incrementado setransformara en la otra especie, o
una ganancia neta de energa (denuevo en forma de calor) si tuvieralugar la transformacin reversible.En las reacciones qumicas, lascondiciones de equilibrio songeneralmente ms complicadas yaque intervienen ms de dosespecies.
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Evaluacin para una propiedad.
Esta ecuacin expresa la relacin bsicaque conecta la energa de Gibbs a la T y Pen cualquiersistema cerradoy no sesuscita ninguna reaccin qumica.
Para cuando la composicin esconstante:
El subndicen, indica que se mantienenconstantes el nmero de moles de todaslas especies qumicas.
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Cuando elsistema es abierto, es decir, queintercambia materia con sus alrededores.AhoranGtambin es una funcin del nmero
de moles de la especie qumica presente.
Dondenies el nmero de moles de la especiei.
La diferencia total denGes:
La suma se efecta, sobre todas las especiespresentes, y el subndicenjindica que todoslos nmeros de moles, excepto el i-simo, semantiene constante.
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De modo que el potencial qumico de laespeciei, en la mezcla es:
Por lo tanto:
Es la relacin fundamental para laevaluacin de una propiedad para
sistemas fluidos de una sola fase de masa(constante o variable) y de composicin(constante o variable).
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POTENCIAL QUMICO.
Dentro del sistema cerrado, cada faseindividual es un sistema abierto, libre
para transferir masa a la otra.
EQUILIBRIO DE FASES YPOTENCIAL QUMICO.
Suponiendo que enequilibrio T y P son
uniformes en todoel sistema, dondelos superndices,identifican lasfases.
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EQUILIBRIO DE FASES
En la energa de Gibbs total del sistemade dos fases es la suma de dichas ec.
La suma da:
Puesto que es cerrado el sistema de dosfases.
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Propiedades Parciales.
Se puede establecer el smbolo genrico,para la energa interna molar parcial,para el volumen molar parcial, para la
entalpa molar parcial, etc.
Dicha ecuacin, define lapropiedad parcial de laespecieien la solucin.
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En un sistema heterogneo cerrado, formado porf fases y c componentes, cada fase puedeconsiderarse como un sistema abierto con
respecto al sistema global. Dicho sistema esta enequilibrio, s todas las fases se encuentran a lamisma P y T, y si para todos los componentes secumple el potencial qumico para todas las fases.
Lewis defini una funcin denominada fugacidadque permite transformar la condicin de igualdadde potenciales qumicos en igualdad de fugacidad;por ejemplo: la fugacidad de un gas puedeinterpretarse como una presin corregida.
FUGACIDAD
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El origen del concepto de fugacidad residea partir de la sig. Ec. :
Para un fluido real, se escribe:
En la que la P se reemplaza por unanueva propiedad:ficon unidades depresin.
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La relacin adimensionalfi/P es otrapropiedad llamada coeficiente de fugacidad,determinada por el smbolo . As:
Donde :
La definicin de fugacidad se complementa alestablecer la fugacidad del estado de gasideal de la especie purai.
De modo que para un gas ideal:
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La fugacidad de la especie purai, seescribe para la especieicomo un vaporsaturado:
Y para la especieicomo un lquidosaturado a la misma T.
De la diferencia :
FUGACIDAD: EQUILIBRIO VAPOR/LQUIDO,PARA ESPECIES PURAS
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Para el cambio de estado a partir de unlquido saturado a un vapor saturado,ambas a T y a la presin de vaporPisat.
Dondefisat, indica el valor para cualquiera
de las dos, ya sea lquido o el vaporsaturados. Puesto que las fases delquido, y de vapor saturados coexisten enequilibrio, la ecuacin expresa unprincipio fundamental:
Para una especie para que coexista en las
fases de lquido y de vapor estn en
equilibrio, cuando tienen la misma T, P y
fugacidad.
