Equilibrio de Fases y Componentes: Sistemas Líquido-Vapor y Líquido-Líquido

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Fase: Estado de la materia uniforme a lo largo, no solo de composición química, sino también de estado físico. La dispersión de un metal en otro es un sistema de dos fases si los metales son inmiscibles, pero es de una si son miscibles.

Componentes: Número de especies independientes necesarias para definir la composición de todas las fases de un sistema.

Sistemas de Dos Componentes

Número de grados de libertad = 3 (presión, temperatura y concentración). Representación mediante diagrama tridimensional.

Equilibrio Líquido-Vapor

Regido por la Ley de Raoult: [P1 = X1P10, P2 = X2P20]. Donde:

  • P1, P2: Presión de vapor
  • X1, X2: Fracción molar
  • P10, P20: Presión parcial

Presión total expresada en función de uno de los componentes en el vapor (Xi) según la Ley de Dalton (Pi = XiP).

Diagrama Presión-Composición

Por encima de la línea superior, solo existe líquido; por debajo, vapor. Entre las dos líneas, líquido y vapor en equilibrio. La línea de unión es la línea horizontal que conecta la fracción molar del líquido con la del vapor.

Destilación Fraccionada

Se obtiene el componente más volátil concentrado en la fase líquida a temperatura constante y presión constante.

Disoluciones Ideales

El vapor siempre tiene mayor contenido del componente más volátil.

Columna de Destilación

El líquido a destilar se calienta en la parte inferior (primer plato). A lo largo de la columna, hay un gradiente de temperatura, siendo la parte superior más fría. El vapor entra al primer plato, condensa, y el vapor del segundo plato es más rico en el componente más volátil, quedando abajo el menos volátil.

Disoluciones No Ideales

No siguen la Ley de Raoult. Azeotrópicas: presentan desviación negativa de Raoult y tienen diagramas de punto de ebullición que pasan por un máximo. En una mezcla azeotrópica, la composición del líquido y el vapor son iguales, por lo que nunca destila.

Equilibrio Líquido-Líquido

  • Miscibles: Se mezclan en todas las proporciones.
  • Inmiscibles: No se mezclan.
  • Parcialmente Miscibles: Presentan miscibilidad limitada.

La solubilidad de los líquidos suele afectar la presión de vapor del sistema. Basta con dos variables para determinar el sistema. A presión fija, la temperatura está determinada por las dos capas líquidas. La disminución de temperatura conduce a mayor miscibilidad, y en el diagrama líquido-líquido, se observa una temperatura crítica de disolución mínima o temperatura constante inferior.

Destilación de Líquidos Miscibles

Al disminuir la presión, las dos zonas de equilibrio líquido-vapor se aproximan hasta solaparse.

Diagrama T-X

Si la composición inicial está dentro de la región de dos fases, aparecen las dos disoluciones conjugadas. Al aumentar la temperatura, la primera fase se desplaza por la línea. El sistema es monovariable.

A la temperatura correspondiente a tres fases (las dos disoluciones conjugadas y el vapor), el sistema es invariable, con composición y temperatura fijas. El calor suministrado genera más vapor de composición constante.

Propiedades Azeotrópicas

No es posible separar sus componentes por destilación. En sistemas no azeotrópicos, sí es posible la destilación.

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