EQUILIBRIO DE FASES DE SISTEMAS BINARIOS

Equilibrio Liquido-Vapor

Desviaciones con respecto a la ley de Raoult

Cuando en un sistema hay una interacción entre las moléculas de los componentes A y B, la presencia de alguna de ellas afectara a la tendencia del escape de la otra. Existen dos tipos de desviaciones de la ley de Raoult: las desviaciones negativas y las positivas.

Ø  Desviacion positiva de la ley de Raoult: Cuando se sabe que el compuesto B tiene fuerzas intermoleculares mayores que las de A, ocurrirá que agregar más moléculas de B al líquido A será aumentar el escape de este último; así tendrá como resultado que la presión de vapor de A será mayor que la del líquido puro.

Ø  Desviación negativas de la ley de Raoult: Cuando las moléculas de A tienen  fuerza de interacción mucho más fuertes contra B que consigo mismas, la presión de vapor del componente A será menor que la del liquido puro.

Grafica de cómo son las desviaciones

Azeótropo

Es una mezcla que tiene una composición definida de dos o más componentes químicos que está hirviendo a una temperatura constante y si comportan como si fuesen un solo componente. Pueden hervir a una temperatura mayor, menor o igual a la de ebullición a la de los componentes de la mezcla, pero no se pueden separar por una destilación simple o por alguna extracción liquido-vapor. Los Azeótropos de ebullición máxima o mínima son los que hierven a una temperatura máxima o mínima, y es más común ver la mínima que la máxima.

Existen varios tipos de Azeótropos: Positivos, negativos, homogéneos, heterogéneos.

Ø  Azeótropos positivos: cuando el azeótropo ya sea binario o ternario, tiene una temperatura de ebullición menor que la de sus componentes, se considera un Azeótropo positivo, porque el comportamiento de la mezcla tiene una desviación para la ley de Raoult.

Ø  Azeótropos negativos: cuando el azeótropo ya sea binario o ternario, tiene una temperatura de ebullición mayor que la de sus compuestos, se considera un Azeótropo negativo, porque el comportamiento de la mezcla tiene una desviación para la ley de Raoult.

Ø  Azeótropos homogéneos: cuando los componentes de la mezcla no son totalmente miscibles, se puede encontrar un azeótropo sobre un agujero, ya que habrán dos fases allí, una liquida sobre la fase vapor.

Ø  Azeótropos heterogéneo: cuando los componentes son miscibles y están fuera de la zona de inmiscibilidad, se considera homogéneo.

Diagrama de fases de los Azeótropos

Destilación fraccionada

La destilación fraccionada es un procedimiento químico para poder separar mezclas que normalmente son homogéneas y binarios, mediante calor y un intercambio calorífico y másico entre vapores y líquidos. Cuando los componentes de la mezcla tienen punto de ebullición diferente pero muy cercana, se usa este procedimiento de destilación.

Procedimiento:

Se coloca la mezcla en un balón aforado que será gradualmente calentado en un calentador, luego de calentarse se evaporara primero el componente de menor punto de ebullición y luego del otro componente. Con el tiempo la primera sustancia se enfriara y se va a condensar de nuevo en el frasco y la otra seguirá subiendo hasta encontrarse con el condensador.

Hay un termómetro para poder mantener la mezcla a una temperatura constante, un poco mayor a la de ebullición. Cuando termine el procedimiento, en el balón habrá la sustancia menos volátil y en el vaso precipitado estará el líquido más volátil.

Representación gráfica de la destilación fraccionada

Equilibrio Liquido-Vapor

Solubilidad (solido-liquido)

La solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia de poder disolverse en otra sustancia que se llama solvente (como el Nestea en agua). En los términos químicos existen 3 tipos de disoluciones:

Ø  Insaturada: es cuando la en la mezcla hay mucho más solvente que soluto y todavía no ha llegado al punto en el que no se pueda disolver más soluto en ella.

Ø  Saturada: es cuando en la disolución se llegó a un punto “máximo” en el cual ya no se puede disolver más soluto en la disolución.

Ø  Sobresaturada: es cuando se lleva la disolución a ciertas condiciones específicas y se puede hacer que sobrepase el punto “máximo” de admisión de soluto y pueda aceptar más.

No siempre se podrán disolver varios tipos de solutos en un solvente en común. Por ejemplo, en el agua, no se puede disolver aceite ni gasolina, peros si puede disolverse la sal y el alcohol. Existen muchos factores que afecten a la solubilidad entre un soluto y un solvente, se podría deber a las fuerzas intermoleculares de cada una, el cambio de entropía de la solvatación y factores como la temperatura y la presión.

Grafica de solubilidad de varios solutos contra 100 g de agua y su variación

Cuando una disolución se le agrego mucho más soluto del que puede aceptar el solvente, las partículas de soluto vana tender a “precipitar” al fondo del vaso o recipiente donde se encuentre la mezcla.

Cuando en una disolución saturada en agua pura y en equilibrio con el precipitado, con una temperatura que no varié con el tiempo, la máxima cantidad de solido que este disuelto en una disolución define la solubilidad del soluto que precipito “s” la cual que se expresa en G/mol o moles/litro.

Si colocamos el ejemplo de un electrolito AB que se va disolviendo en agua, se tendrá el equilibrio heterogéneo del sólido y la solución disuelta

El sólido en el equilibrio se mantiene constante, el producto de solubilidad (Ks) es igual al producto de las actividades de los iones del solido poco soluble en la disolución saturada, como son consideradas sustancias pocos solubles, la solubilidad será muy pequeña, ya que se esta trabajando con disoluciones diluidas, se pueden colocar las concentraciones:

Ejemplo:

Curva de enfriamiento

Las curvas de enfriamiento son representaciones graficas de una temperatura o una temperatura inicial de algún material con respecto al tiempo conforme este mismo se enfrié. Ya que es una curva de “enfriamiento” la temperatura debe disminuir cuando el tiempo avanza.

Un ejemplo del análisis de una curva de enfriamiento seria:

En la curva de enfriamiento del experimento 1 se observa que presenta una zona isotérmica a temperaturas relativamente altas, lo cual indica que se trata de un metal puro. Considerando que el experimento se realizó a temperatura ambiente, el cero de referencia toma esta temperatura (25ºC). La isoterma observada es de 332ºC. Comparando con los elementos metálicos de la tabla periódica, se puede observar que los resultados obtenidos en cuanto a la temperatura de fusión del elemento, se aproximan a los valores mostrados por el plomo.

Los diagramas de enfriamiento son una herramienta para poder estudiar los cambios de fase. Si en una propiedad intensiva del material cambia, como la temperatura, si hay alguna discontinuidad, es que hubo un cambio de fase.

En este caso se observan varios cambios de pendiente lo que nos indica tratarse de una aleación, ya que no posee una temperatura de solidificación específica. El primer cambio dependiente a 217°C y representa el comienzo de la solidificación, a 177°C se observa una línea horizontal que representa una reacción isotérmica que por tratarse de una aleación Pb-Sn se trata de una reacción eutéctica (L (Pb) + (βSn)). Luego de transcurrido un tiempo (199seg) se observa la culminación de la solidificación. Ubicándonos en el diagrama de equilibrio Pb-Sn observamos que existen dos posibles aleaciones para la temperatura a la que comienza la solidificación: 48%Pb-52% Sn (Hipoeutéctica) o 16%Pb-84%Sn (Hipereutéctica).

NOTA: todas las gráficas, análisis y experimentos, fueron obtenidas por el trabajo de curva de enfriamiento del trabajo de: laboratorio de Metalurgia II por Oriana amache y Félix Yépez de la sección 02.

Diagrama eutéctico

Los diagramas eutecticos son diagramas de fases, en el que se representa cada fase de una mezcla (de 2 sustancias) cuando la presión se mantiene constante. Pero si se quiere observar la de tres sustancias, es muy complejo ya que es en 3D, así que solo la presión se hace constante y varia la temperatura y la concentración de sustancias puras o casi puras.

Lo que caracteriza a los diagramas de ser “eutécticos” es que los componentes de la mezcla, uno en frente del otro, empiezan a disminuir el punto de fusión, pero no indefinidamente, se llega a un punto máximo que se le dé dice “punto eutéctico”.

Solubilidad total en estado sólido: presenta únicamente líneas de líquido y sólido, forman soluciones sólidas.

La miscibilidad es la propiedad de líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando una solución homogenea