Fases de la materia

Se denomina Fase a toda parte homogénea y físicamente distinta de un sistema, separadas de las otras partes del sistema por una superficie limite definida

Estado Líquido

Principales Características Capacidad de fluir Adaptarse al recipiente que lo contiene

P

P

P

P

P

p

Estados de la materia

XXXXXXXX

Presión de vapor

Vacío

Desde un punto de vista experimental se dice que un gas se comporta como ideal cuando en determinadas condiciones cumple con las leyes de Boyle Mariotte (a temperatura cte P.es inversamente proporcional a V) y Charles –Gay Loussac (a presión cte T es directamente proporcional a V ; a volumen cte T es directamente proporcional a P)

isoterma

Isobara

Isocora

El comportamiento de un gas para valores bajas presiones y altos volúmenes, se aproxima al del gas ideal, debido a que la interacción entre las moléculas puede despreciarse y el covolumen (suma de los volúmenes moleculares) es mucho menor que el volumen del sistema

Estudiemos ahora las isotermas p-v obtenidas experimentalmente para el CO2. A temperaturas elevadas ( a hasta aproximadamente 50oC) el gas se comporta como el ideal. Sin embargo a medida que la temperatura disminuye, se observan desviaciones cada vez mayores de este comportamiento. Acercándonos a 0oC (puntoA) la presión del gas aumenta al disminuir el volumen siguiendo aproximadamente la ley de Boyle.

Sin embargo, cuando el volumen se ha reducido lo suficiente (punto B) comienzan a observarse serias desviaciones de esta ley. En el punto C desaparece cualquier semejanza con el comportamiento ideal el volumen disminuye sin que ocurra un aumento paralelo de presión (línea horizontal CDE). En ese estado se forma líquido y en el sistema se observan dos fases el gas –o vapor, como suele denominare en este contexto- y el líquido. A medida que el volumen disminuye desde C, hasta E, aumenta la cantidad de líquido presente en el sistema. La presión correspondiente a la línea CDE, cuando tanto el líquido como el vapor se encuentran presentes en equilibrio, se denomina presión de vapor del líquido a la temperatura del experimento.

La isoterma representada en rojo se denomina isoterma crítica (y su temperatura, la temperatura crítica). Esta isoterma separa dos comportamientos: cuando una sustancia se encuentra a una temperatura superior a su temperatura crítica, siempre está en estado gaseoso, por muy alta que sea la presión. Por el contrario, cuando está a una temperatura inferior a la crítica, puede estar en estado sólido, líquido o vapor (en la gráfica se han representado solamente las zonas de líquido y vapor).

Temperatura de ebullición de un líquido: Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido coincide con la presión atmosférica.

Humedad relativa: relación entre la presión de vapor de agua presentes en el aire y la presión de vapor del agua a esa temperatura.

• Indicar para las siguientes sustancias, que encuentran en estado gaseoso a temperatura ambiente, si se puede hablar de gas o de debe hablar de vapor

a) H2O temperatura crítica 647,3 OK

b) N2 temperatura crítica 126,0 oK

a) Etanol (CH3CH2OH ) temperatura crítica 516,1 oK

d) Metano (CH4) temperatura crítica 190 oK • Una masa de aire está a 5°C y tiene una humedad relativa del 25 %. ¿Cuál es la humedad relativa de la misma masa de aire si se la calienta hasta una temperatura de 20°C? Datos : Presión de vapor del agua a 5°C (6,54 mmHg) 0,87 kPa ; a 20°C (17,54 mmHg) 2,34 kPa.

• En el interior de una casa la humedad relativa es del 80% a 33°C. Se pone en funcionamiento el aire acondicionado y la temperatura desciende a 25°C. Asumiendo que no hay intercambio gaseoso con el exterior. Cual es la humedad relativa dentro de la casa.Datos : Presión de vapor del agua a 25°C 23,76 mmHg ; a 33°C 40,18 mmHg

Hielo Vapor de agua

Curva de coexistencia hielo-vapor de agua

En el caso de los sólidos la dirección de la pendiente depende de si el aumento de la presión provoca un aumento de la temperatura de fusión (curva hacia la derecha) o un descenso del punto de fusión (curva hacia la izquierda)

Diagrama de fase: En termodinámica se denomina diagrama de fase a unarepresentación (no en escala) de los diferentes estados de la materia deun sistema, generalmente en función P y T

La mayoría de las sustancias al comprimirlas se solidifican, sin embargo para el hielo y otras pocas sustancias ( por Ej. el bismuto y el antimonio) para grandes presiones se funde por debajo de su temperatura de fusión normal.

Equilibrio de fases en sistemas binarios (de dos componentes)

Las soluciones diluidas cumplen

las siguientes características

El solvente se ajusta a la ley de Raoult

El soluto se ajusta a la ley de Henry

Ley de Raoult: Establece que cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro se produce un descenso en su presión de vapor

Ley de Henry: Establece que la concentración de gas disuelta en un liquido (solvente) a temperatura constante es proporcional a la presión de gas en equilibrio con la solución.

gasSn

= K . P

Constante de Henry (depende de la naturaleza del gas, de la temperatura y de las características del liquido

Presión parcial del gas

Diagramas presión de vapor vs fracción molar de sistemas binarios

Se define sistema (o solución) ideal de dos líquidos como aquel en el cual ambos componentes cumple la ley de Raoult en todo el intervalo de concentraciones y temperaturas

Diagramas liquido- vapor de sistema binario ideal (destilación)

*El liquido 1 puro tiene un punto de ebullición (tv1) menor que el liquido 2 puro (tv2)

*A medida que aumenta la temperatura el vapor se enriquece con el componente mas volátil (mayor presión de vapor).

observa como en el caso de una disolución ideal el vapor se enriquece en el componente más volátil (P*

2>P*1 luego a una

T y P dada, y2> x2). Si representamos a P constante, el diagrama de fases temperatura-composición, se observa como la línea de vaporización no es una recta, y que la curvatura de la línea de condensación está invertida respecto al diagrama de fase isotérmico, ya que si P*

2>P*1, T*

V2<T*V1

 

Diagramas liquido- vapor de sistemas binarios no ideales(destilación) con un punto de ebullición mínimo o máximo

Azeotropo con punto de ebullición mínimo Azeotropo con punto de ebullición máximo

Mezcla Azeotropica: líquidos que sin ser sustancias puras destilan a una temperatura definida sin modificar su composición

Solubilidad total en la fase sólida

Solubilidad total en la fase liquida

Diagramas de un sistemas binarios de soluciones sólidas

Diagramas de un sistemas binarios de dos sólidos puros

Eutéctico: temperatura mas baja a la que es posible la existencia de fase liquida a la presión de trabajo (generalmente 1 atm)

*Teniendo en cuenta que la presión de vapor del agua a 20oC es de 17,5 mmHg (17,4 torr). Determine la presión de vapor de una solución preparada disolviendo 45g de glucosa (C6H12O6) en 250 mL de agua (densidad del agua a 20oC 1,016 g/mL).*Suponiendo comportamiento ideal, determinar la presión de vapor de una solución al 20%m/m de metanol en propanol teniendo en cuenta que la presión de vapor del metanol y propanol puro a la temperatura del sistema son 303 mmHg y 44,6 mmHg respectivamente.*La solubilidad del nitrógeno gaseoso puro en agua a 25º C y 1 atm de presión es de 6,82.10-4 mol/L. Calcular la concentración del nitrógeno disuelto en el agua en CNPT, sabiendo que la presión parcial de ese gas en el aire es de 0,785 atm.*Una sustancia X tiene una temperatura de ebullición normal de 50oC, otra sustancia Y tiene una temperatura de ebullición normal de 80oC y composición 40% en moles de X en Y. Dibujar el diagrama de fases líquido vapor y describir que va sucediendo al enfriar el sistema desde 100oC hasta 25oC.* Una sustancia A que tiene una temperatura de ebullición normal de 60oC, otra sustancia Y una temperatura de ebullición normal de 100oC, forman un azeotropocon temperatura de ebullición de 75oC y composición 80% en moles de A en Y. Dibujar el diagrama de fases líquido vapor y describir que va sucediendo al enfriar el sistema que posee 60% en moles de A desde 120oC hasta 25oC.

*El C2H4(OH)2 (etilenglicol) se utiliza como anticongelante en los radiadores de los automóviles. Que cantidad de etilenglicol hay que añadir a cada litro de agua para conseguir una protección hasta -31oC. (Kf H2O 1,86 oC/m).

* Se desea preparar una solución con 25 % m/m un soluto no volátil (y no electrolito) en agua de manera tal que la solución a presión normal no hierva hasta los 105oC. Cual debería ser la masa molecular relativa del soluto a utilizar (Ke H2O 0,52 oC/m)

Eutil = H – Edesperdiciada S = Edesperdiciada/ T y G = Eutil

energía desperdiciada por energía útil para grado de temperatura realizar trabajo