Fundamentos de Termodinámica y Equilibrio de Fases

Principio Cero de la Termodinámica

Dos sistemas aislados y estables que contienen un gas se unen mediante una pared diatérmica; como resultado del contacto, las presiones cambian hasta que ambos sistemas alcanzan el equilibrio térmico. Si consideramos tres sistemas unidos y eliminamos el del centro, no se observa ningún cambio, lo cual indica que se mantiene el equilibrio entre el primero y el tercero.

Termometría

Para medir la temperatura, es necesario contar con una propiedad y que varíe linealmente con la temperatura (T). Para elegir la escala de medidas, se proponen un punto de hielo y un punto de vapor, que corresponden a los valores de 0 y 100 grados, respectivamente, ligados a la escala termodinámica elegida. De la representación gráfica de y vs. T, se puede obtener la pendiente de la línea resultante.

Regla de las Fases

Para describir el estado de equilibrio de un sistema de varias fases y diversas especies químicas, debemos conocer el número de variables intensivas independientes que definen el sistema. Aplicando la regla de las fases:

• L = C - F + 2
• L: variables intensivas independientes.
• C: número de componentes químicos del sistema.
• F: fases presentes en el sistema.

Si en el sistema pueden ocurrir una o varias reacciones químicas (r), entonces L se reduce: L = C - F + 2 - r.

Si en el sistema existen relaciones debidas a la estequiometría, el número de variables intensivas independientes se reduce en el número de reacciones.

Propiedades Coligativas

Son aquellas propiedades de una disolución que difieren de las del disolvente puro debido a la presencia del soluto en la mezcla. Estas no dependen de la naturaleza del soluto, sino solamente de la concentración de partículas en disolución.

• Presión de vapor: en una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles, disminuye proporcionalmente a la fracción molar del disolvente.
• Presión osmótica: si la presión externa es menor a la presión osmótica, la ósmosis tiene lugar en sentido normal.
• Aumento ebulloscópico.
• Descenso crioscópico.

Si un soluto se disocia en el disolvente, la concentración que determina las propiedades coligativas es la suma de todas las especies presentes en la disolución: Concentración relevante = [A] + [B].

Consideraciones adicionales

• Adición de un catalizador: no afecta al equilibrio, solo modifica la velocidad de la reacción.
• Adición de un gas inerte (a T y V constantes): no altera el equilibrio.

Ley de Raoult

Esta ley establece la relación entre la presión de vapor de un componente puro y su presión parcial en la disolución.