Tema 5. Equilibrio Material de Fases

1.- Cierta sustancia tiene una CP cuyo valor en cal.mol1.K1 est dado por las expresiones: CP (s)= 4. 105 T3 0 < T < 50 K CP (s)= 5 50 T < 150 K CP (l)= 6 50 T < 400 K En el punto de fusin normal, 150K, Hfus= 300 cal. mol1. a) Calcular la entropa molar de esta sustancia para el lquido a 300 K b) Calcular la entalpa molar de fusin, la entropa molar de fusin y la energa libre molar de

Gibbs de fusin a 100 K. Es razonable el signo que resulta para G ?

Sol. a) S = 13.32 cal K1 mol1 b) H100 = 250 cal/mol S100 =1.59 cal/K mol G100 = 91 cal/mol

2.- La temperatura de transicin entre el azufre rmbico y el azufre monoclnico es 95,5C. Las

entropas de las dos formas cristalinas vienen dadas por las expresiones: SS rmbico = 61,13 + 14,98 Ln T + 26,11 103 T J.K1mol1 SS monoclnico= 60,88 + 14,9 Ln T + 29,12 103 T J.K1mol1 Calcular la variacin de la entalpa y de la energa de Gibbs para el proceso (a 25 C y 1 at):

Srmbico Smonoclnico Sol. H = 261,9 J/mol G = 55,6 J/mol

3.- El valor de H de vaporizacin del agua es 539.4 cal/gr en el punto de ebullicin normal. a)

Muchas bacterias pueden sobrevivir a 100C formando esporas. La mayor parte de las bacterias mueren a 120C. Por lo tanto, en los autoclaves empleados para esterilizar instrumentos mdicos y de laboratorio, se aumenta la presin para alcanzar el punto de ebullicin del agua a 120C A qu presin hierve el agua a 120C? b) Cual es el punto de ebullicin del agua en lo alto de una montaa donde la presin atmosfrica es de 446 torr?

Sol. a) 1.95 atm, b) 358.5 K 4.- El calor de fusin del Hg en su punto de fusin normal (38.9C) es de 2.82 cal/g. Las densidades

del Hg(s) y del Hg(l), a 38.9C y 1 atm, son 14.193 y 13.690 g/cc respectivamente. Calcule el punto de fusin del Hg a: a) 100 atm; b) 800 atm.

Sol. a) TB = 234.7 K b) TB =238.4 K

5.- Tomando la entropa de vaporizacin en la temperatura de ebullicin normal (P = 1atm) como Sv 21 cal/Kmol. A) calcular el valor de la presin de vapor a cualquier temperatura T. B) La temperatura de ebullicin del ter dietlico es 34.6C. Calcular su presin de vapor a 25C.

Sol. a) ln P/1atm = 10.57(1TB/T) b) P = 541 torr 6.-La presin de vapor del agua a 25C es de 23.76 torr. A) Si se ponen, en un recipiente de V=10 l,

0.360 gr de agua a 25C, determine las fases que estn presentes en el equilibrio y la masa de H2O en cada una de ellas. b) Haga lo mismo que en el apartado anterior suponiendo que V= 20l.

Sol. a) lquido: 0.130 g b) lquido: 0 g y vapor = 0.360 g

7.- Verdadero o falso?

a) Cuando un sistema de un solo componente est formado por dos fases en equilibrio, basta con fijar su temperatura para que todas las dems propiedades termodinmicas intensivas queden establecidas.

b) El potencial qumico i de un componente i en una fase es una funcin de estado. c) Durante un cambio de fase no se producen cambios de temperatura ni de volumen del

sistema. d) El nmero de fases de un sistema formado por AgBr(s), AgCl(s) y una disolucin

acuosa saturada de dichas sales es 2 e) Si > , el componente i fluye espontneamente desde la fase hasta la fase

8.- Los lquidos A y B forman disoluciones ideales. Una mezcla de vapores, que es 40% molar en A,

est contenida en un dispositivo de cilindro y pistn que se mantiene a una determinada temperatura constante T. El sistema se comprime luego lentamente. Supuesto que PA0 y PB0 son 0.4 y1.2 atm, respectivamente a la temperatura T, a) calcular la presin total a la cual empieza a condensarse vapor y tambin la composicin de este lquido. b) Calcular la composicin de la solucin cuyo punto de ebullicin normal es T.

Sol a) P = 0.67 at, A = 0,67 b) A = 0,25 9.- El benceno y el tolueno forman disoluciones esencialmente ideales, y una mezcla particular que

se compone de dos moles de benceno y tres de tolueno tiene una presin de vapor total de 280 mmHg a 60C. Si se aade un mol de benceno ms a la disolucin, la nueva presin de vapor total es ahora 330 mmHg. Calcular las presiones de vapor del benceno y tolueno puros a 60C.

Sol. P*benceno = 580 mmHg P*tolueno = 80 mmHg

10.- Los lquidos A y B forman disoluciones ideales. Son ismeros, de modo que sus pesos

moleculares son los mismos. Una disolucin de composicin A se encuentra que tiene una presin de vapor de 650 mmHg a 50 C. Se destila despus hasta que la mitad se ha recogido como condensado. El condensado tiene una composicin de A = 0.6, y el lquido residual una composicin A = 0.4 y una presin de vapor de 600 mmHg a 50 C. Calcular P*A y P*B

Sol. P*A = 900 mmHg P*B = 400 mmHg

11) Una mezcla de 50 g de hexano (C6H14) y 50 g de nitrobenceno (C6H5NO2) fue preparada a 290K. Teniendo en cuenta el diagrama de la figura Cul es la composicin de las fases que se forman, y en qu proporcin lo hacen? A qu temperatura deber ser calentada la mezcla para obtener una nica fase?

12.- Discutir, a la vista del diagrama de la figura qu ocurre al calentar una mezcla de composicin B=0.95 (a1) hasta 350K. Cul es la composicin del vapor? A 370K Cules seran las composiciones del lquido y del gas? Si se preparara una mezcla de composicin B=0.40, y se calentara hasta 320K, cuantas fases podran coexistir?