Termodin mica dos objetivos
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 35

Termodinámica: dos objetivos PowerPoint PPT Presentation


  • 141 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Termodinámica: dos objetivos. Establecer un criterio de espontaneidad para predecir si una reacción tiene o no posibilidad de ocurrir. Predecir el punto de equilibrio o rendimiento máximo de una determinada reacción. . Estático. . Dinámico. EQUILIBRIO. FISICO. QUIMICO.

Download Presentation

Termodinámica: dos objetivos

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Termodin mica dos objetivos

Termodinámica: dos objetivos

  • Establecer un criterio de espontaneidad para predecir si una reacción tiene o no posibilidad de ocurrir.

Predecir el punto de equilibrio o rendimiento máximo de una determinada reacción.


Termodin mica dos objetivos

Estático

Dinámico

EQUILIBRIO

FISICO

QUIMICO

  • Resulta de la acción simultánea de varias fuerzas sobre un cuerpo, compensándose entre sí.

  • Resulta de la ocurrencia si- multánea de dos reacciones químicas opuestas.

  • No hay movimiento de rotación ni de traslación del cuerpo.

  • El sistema puede experimentar cambios microscópicos, pero no macroscópicos.


Termodin mica dos objetivos

Concepto de Equilibrio Químico

  • Reacciones químicas evolucionan hacia un equilibrio dinámico

  • Reactantes y productos coexisten en cantidades definidas.

  • Laspropiedades macroscópicas (P, T, V y composición) no cambian con el tiempo.

  • Las velocidades de reacción directa e inversa son iguales.


Termodin mica dos objetivos

Para gases

Para soluciones

Q = cuociente de las presiones o concentraciones fuera del equilibrio

En el equilibrio:

Q = K

G = 0

  • Elcriterio de espontaneidad está dado por G y no por Go

  • Sólo en condiciones estándar Go podrá utilizarse como criterio de espontaneidad, ya que G = Go

  • Go indica la posición de equilibrio


Termodin mica dos objetivos

dG = VdP - SdT

aP cte

aTcte

dG = - SdT

dG = VdP

H= G + TS

Ecuación diferencial

de Gibbs-Helmholtz


Termodin mica dos objetivos

Dependencia deG0con la temperatura

Integrando y considerando H0 independiente de la temperatura

La ecuación de la línea recta:


Termodin mica dos objetivos

Integrando entre límites y suponiendo H° independiente de T

T1: 298,150C

Ecuación integrada de Gibbs Helmholtz


Termodin mica dos objetivos

Dependencia de Ke con la Temperatura

En condiciones estándar

Ecuación de Van´t Hoff


Termodin mica dos objetivos

ln KP

ln KP

1/T

1/T

Cte = S/R

DH +

T KP

DH -

T KP


Termodin mica dos objetivos

Transferencia de soluto

Variación de energía libre de un soluto cuando se altera su concentración, viene dado por:

Soluto A1 soluto A2

G° = 0

Ej. La concentración de la urea plasmática es de 0,005M y su concentración en orina es 0,333M. Calcule la variación de energía libre en J correspondiente al transporte de 0,1 moles de urea desde el plasma hacia la orina

Obs. Proceso no es espontáneo


Termodin mica dos objetivos

SISTEMASABIERTOS

  • Composición o masa varían (intercambio de materia)

  • Adición o separación de un componente desde una solución

  • Sistema de una fase líquida y su vapor, pasan constantemente moléculas del líquido al vapor y viceversa. El sistema completo cerrado, pero cada fase se comporta como un subsistema abierto.

  • En una reacción química, la masa total del sistema permanece constante, pero la masa de los reactantes disminuye y la masa de los productos aumenta.


Termodin mica dos objetivos

Cantidad o Propiedad molar parcial X

Xi= (X/ni) T, P, nj

Propiedades parciales molares

  • Una propiedad extensiva(V, E H, S, G, etc.) se hace intensiva

  • En sistemas abiertos, las propiedades extensivas (X) dependen de T, P y del número de moles de los componentes del sistema (ni)

X = f (T, P, n1, n2, n3,..., ni,...)

Molar: dividida por el número de moles.

Parcial: se refiere a uno de los componentes del sistema.


Termodin mica dos objetivos

Potencial químico ()

Energía libre de Gibbs molar parcial

  • función termodinámica

Tendencia al escape

  • propiedad intensiva

  • fuerza impulsora básica en los sistemas fisicoquímicos, a P y T constantes, que indica la espontaneidad de un proceso

fi

 0

 espontaneidad (P y T constantes)


Termodin mica dos objetivos

EQUILIBRIO DE FASE EN SISTEMAS SIMPLES

Para cualquier sistema en equilibrio se cumple que  es el mismo en cualquier punto del sistema

Para sistemas de más de una fase ( fases  y ) se cumple que:

i()= i()

Recordar que: dG = -SdT + Vdp

d = -SdT + Vdp

-

-

La entropía para cualquier sustancia es siempre + (3ra. Ley)

-

-

-

S (g) >> S(l) > S(s)


Termodin mica dos objetivos

Ecuaciones de Clapeyron y Clasius Clapeyron

Describen líneas de 1 equilibrio de 2 fases en un diagrama de fase de un componente

Expresión diferencial para el cambio en la energía libre de Gibbs en un sistema abierto:

G = V dP - S dT + S ui dni

Restringido solo a sistemas cerrados:

d = V dP - S dT

Aplicado a un equilibrio de fase general a T,P constantes:

phase 1 <=====> phase 2

d(d) = V dP - S dT

-

-

-

-


Termodin mica dos objetivos

Puesto que en el equilibrio,  = 0, se obtiene:

0 = V dP - S dT

Resolviendo dP/dT se obtiene

dP / dT = S / V

Forma diferencial ecuación de Clapeyron

Ecuación Clapeyron se aplica para cualquier equilibrio de fases:

Sólido  Líquido Líquido  gas Sólido  gas


Termodin mica dos objetivos

0 = G = H - TS en el equilibrio

Sustitución por S : S = H / T

dP / dT = H / (T V)

Separar variables e integrar desde una presión y temp de referencia (P1, T1) a un valor T,P arbitrario:

P

P dP = T1T (H / TV) dT

Da la ecuación deClapeyron:

P = P1 + (H/V) ln (T / T1)


Termodin mica dos objetivos

Caso especial equilibrio líquido-gas y sólido-gas

Aproximaciones:

V = V(v) – V(l) V(l) << V(v)

V(v) vapor obedece la ley de gases ideales

V(v) =RT/P

-

-

-

-

-

-

Ecuación diferencial de Clausius Clapeyron


Termodin mica dos objetivos

Ecuación de CC integrada

Ecuación CC integrada entre límites

Para el benceno, a la temperatura normal de ebullición 80,1°C, la pendiente de la curva presión de vapor temp es de 22,62 mm Hg/grad. Calcular el calor de vaporización del benceno/gr


Termodin mica dos objetivos

Representación gráfica relación presión de vapor versus temperatura: DIAGRAMA DE FASES

Diagrama de fase de 1 Componente: Agua

Regla de las Fases de Gibbs

F = C – P + 2

F = grados libertad

C = componentes

P = fases


Termodin mica dos objetivos

Dos líquidos parcialmente miscibles

Sistema agua fenol

Poseetemperatura crítica superior (Tc)

-Región de miscibilidad fuera del domo

-Región de miscibilidad solouna fase

La composición es únicaa determinada T

- para cada fase dentro del “domo” Cálculo de las cantidades relativas de fases regla de la palanca

Tc

66.8

b

d

c

Temperatura (0C)

20 40 60 80 100

Fenol en agua (% peso)


Termodin mica dos objetivos

Regla de la palanca

Calcula porcentaje relativo de cada fase donde P=2

Dibujar línea de enlace a través de la composición X

Isoterma de enlace conecta dos fases en equilibrio

Medir longitud de la línea y la distancia desde X hacia cada fase

Proporción relativa de la fase es proporcional a la distancia desde la otra fase a la composición X dividida por la longitud de la línea de unión


Termodin mica dos objetivos

Ejercicio

Sistema Fenol-agua

Se prepara un sistema que contiene 24% en peso de fenol y 76% en peso de agua

En el equilibrio se tiene 2 fases líquidas que coexisten (punto d)

La fase líquida (capa superior) contiene 11% de fenol en agua (punto b)

La capa inferior contiene 63% fenol (punto c)

Pesos relativos de las dos fases en el punto d se calculan como:

Las longitudes dc y bd pueden medirse con una regla o de la siguiente forma:

Una fase líquida

Tc

66.8

b

d

c

Temperatura (0C)

Dos fases líquidas

Fenol 11%

Fenol 63%

20 40 60 80 100

Fenol en agua (% peso)


Termodin mica dos objetivos

Dos líquidos parcialmente miscibles

Una fase líquida

Puesto que b = 11%, c = 63% y d = 24%

Tc

66.8

Por cada 10 g de sistema líquido en equilibrio (punto d) la proporción de cada fase es:

7,5 g de FASE A y 2,5 g de FASE B

b

d

c

Temperatura (0C)

Dos fases líquidas

Fenol 11%

Fenol 63%

20 40 60 80 100

Fenol en agua (% peso)


Termodin mica dos objetivos

Aplicación de la regla de las fases de Gibbs al sistema fenol-agua

Región de una fase (P=1) , F =3 , como P = constante F =2 (temperatura y concentración)

Región de dos fases (P=2), F = 2, como P = constante, F =1

(solo la temperatura, pues la composición de las dos fases es fija de acuerdo a los puntos extremos de la línea de enlace, puntos b y c a 50oC)

Uso de los diagramas de fases de este tipo: formulación de soluciones farmacéuticas de dos componentes


Termodin mica dos objetivos

Otros tipos de diagramas de fases binarios

Una fase

208oC

Temperatura (oC)

0 20 40 60 80 100

Dos fases

Temperatura (oC)

0 40 80 120 160 200

Dos fases

60,8oC

Una fase

Una fase

0 20 40 60 80 100

0 20 40 60 80 100

Trietilamina en agua (% peso)

Nicotina en agua (% peso)

Tc inferior

Tc inferior

Tc superior


Termodin mica dos objetivos

Diagramas de fases para tres componentes

Representan la composición de mezclas contres componentes (diagramas ternarios)

Sistemas ternarios de una fase F = 3-1+2 = 4 si el sistema no es condensado (T, P, n1 y n2)

Sistemas ternarios de una fase condensados y temp. constante

F = 3-1 = 2 . Permite utilizar diagramas planos en forma de triángulo equilatero


Termodin mica dos objetivos

El porcentaje del componente A es de0%en la base y100%en el vértice superior

F = 3-1 = 2

A + B + C = 100

C = 100 – (A+B)

B= 100 – (A+C)

A = 100 – (B+C)

Porcentaje de B es 0 en la base y 100% a nivel del vértice B. Las líneas rojas paralelas representan incrementos en 10% de B.

La misma situación se aplica al componente C

El análisis individual de cada componente permite estimar la proporción de los demás componentes

Los 3 componentes deben sumar 100%


Termodin mica dos objetivos

Cómo leer diagramas ternarios

A + B + C = 40% + 50% + 10% = 100%


Termodin mica dos objetivos

Interpretación de diagrama de fase ternarios

“5” es más rico en “A” (más cercano al vértice “A”)

“8” es más rico en “C” (más cercano al vértice “C”)

“6” no contiene “C” en absoluto.

…y así sucesivamente


Termodin mica dos objetivos

  • Diagramas de Fases ternarios

  • Se puede dar las siguientes situaciones:

    • Un par de líquidos parcialmente miscible

      • -Componente 3 aumenta la solubilidad del par inmiscible

      • -igual efecto que la T en los sistemas binarios

    • Dos pares de líquidos parcialmente miscibles

    • Tres pares de líquidos parcialmente miscibles


Termodin mica dos objetivos

Sistema Agua, acetona, tricloroetano

Acetona es miscible en todas proporciones con agua

Acetona es miscible en todas proporciones con triclororoetano

S/E agua y triclorometano son inmiscibles en todas proporciones

Acetona mejora la solubilidad del par inmiscible en proporciones mayores a 60%


Termodin mica dos objetivos

Diagrama de fase sistema metanol-isooctano-nitrobenceno (T y P constante)

En el siguiente diagrama de fase ternario se puede concluir que:

El par miscible en todas proporciones es

Metanol aumenta la solubilidad mutua de

Nitrobenceno aumenta la solubilidad mutua de

Metanol-nitrobenceno

Nitrobenceno-isooctano

Metanol-isooctano

Una disminución de la temperatura producirá la fusión de los domos de 2 fases a nivel de P (BANDA DE INMISCIBILIDAD)


Termodin mica dos objetivos

Diagrama de fases ternarios con tres pares de componentes parcialmente miscibles

+ T

+ T

- T

- T


  • Login