regla de las fases fisico

7/25/2019 Regla de Las Fases Fisico

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UNIVERSIDAD CENTRAL DE ECUADORFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICACARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

FISICOQUIMICA

REGLA DE FASES

Alumno:ROVERE HERRERA OSCAR RENATO

Quito-Ecuado!"#$

#% INTRODUCCION

En circunstancias reales, los materiales en estado slidoexisten en muchas formas diferentes o fases. El nmerode tales fases puede ser grande incluso para sustancias

puras, por ejemplo el hielo puede existir en varias fasesslidas y un metal tan importante como el hierro


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presenta hasta cuatro fases slidas. En los sistemas quepresentan ms de una especiequmica el nmero de fasespuede igualmente ser grande. Estambin frecuente, an en

sistemas comercialesimportantes, la disponibilidad dedatos que cubren slo una parte

de los sistemas. En vista del hechoque las propiedades de los

materiales dependen signi!cativamente de la naturale"a,nmero, cantidad, y forma de las posibles fases que sepresentan y pueden cambiarse por alteraciones en

dichas cantidades, es vital, en el uso de materiales,conocer las condiciones bajo las cuales cualquier sistemadado puede existir en sus varias formas posibles.

# travs de los a$os se ha acumulado gran cantidad de

informacin de un gran nmero de sistemas% para

registrar tal enorme cantidad de datos se acostumbra

gra!car el nmero y composicin &e indirectamente lascantidades' de fases presentes como funcin de la

temperatura, la presin y sobre todo la composicin.

Estas gr!cas se llaman diagramas de fase, diagramas

de constitucin o diagramas de equilibrio, en donde se

muestra la mayora de las fases estables que se

encuentran bajo condiciones de equilibrio.

!% D&'nicion&( )&*ia(%


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(ara empe"ar a hablar de la regla de las fases de )ibb

primeramente hay que de!nir factores que afectan o

intervienen en esta.

!%#% FRACCI+N MOLAR*a ,accin mola es una unidad qumica paraexpresar la concentracinde solutoen una disolucin.+os expresa la proporcin en que se encuentran losmolesde soluto con respecto a los moles totales dedisolucin, que se calculan sumando los moles desoluto&s' y de disolvente. (ara calcular la fraccin molarde una me"cla homognea, se emplea la siguienteexpresin

-onde ni es el nmero de moles del soluto, y nt elnmero total de moles en toda la disolucin &tanto desolutos como de disolvente'.

omo el volumen de una disolucin depende de latemperaturay de la presin% cuando stas cambian, elvolumen cambia con ellas. )racias a que la fraccinmolar no est en funcin del volumen, es independientede la temperatura y la presin.

#dems cabe notar que en los gases idealesla variacindel volumen ser proporcional para cada uno de los

solutos, y por lo tanto tambin para la solucin. -e estamanera hay una relacin directa entre las fraccionesmolares y los volmenes parciales.

Sumatoia d&,accion&( mola&(%

!%!% NUMERO DE GRADOS DE LI.ERTAD:
http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Solutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Disoluci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Solutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Disoluci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica


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El nmero de grados de libertad es el nmero defactores variables independientes, tomados de entre latemperatura, presin y composicin de las fases. Esdecir, es el nmero de estas variables que debenespeci!carse para que el sistema quede

completamente de!nido.

!%/% 0UNTO EUT1CTICO

(unto eutctico, vocablo que deriva del griegoy quequiere decir fcilmente fusible. Es la mximatemperatura a la que puede producirse la mayorcristali"acin del solvente y soluto, o tambin se

de!ne como la temperatura ms baja a la cual puedefundir una me"cla de slidos # y / con unacomposicin !ja.

!%2% DIAGRAMA DE FASE0n tpico diagrama de fase. *a lnea con puntos muestrael comportamiento anmalo del agua. *a lnea verdemarca el punto de congelaciny la lnea a"ul, el punto

de ebullicin. 1e muestra como ellos varan con lapresin.

En termodinmicay ciencia de materialesse denominadia3ama d& ,a(&a la representacin gr!ca de lasfronteras entre diferentes estados de la materiade unsistema, en funcin de variables elegidas para facilitarel estudio del mismo. uando en una de estas

representaciones todas las fases corresponden aestados de agregacin diferentes se suele denominardiagrama de cambio de estado.

En ciencia de materiales se utili"an ampliamente losdiagramas de fase binarios, mientras que entermodinmica se emplean sobre todo los diagramas defase de una sustancia pura.
http://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_griegohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cristalizaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Solventehttp://es.wikipedia.org/wiki/Solutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_congelaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_griegohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cristalizaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Solventehttp://es.wikipedia.org/wiki/Solutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_congelaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia


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!%2%#% D IAGRAMA DE FASE DE UNA SUSTANCIA0URA

*os diagramas de fase mssencillos son los de presin 2temperatura de una sustanciapura, como puede ser el delagua. En el eje de ordenadas secoloca la presin y en el deabscisas la temperatura.)eneralmente, para una presiny temperatura dadas, el cuerpopresenta una nica fase excepto en las siguientes"onas

0unto ti)l&: En este punto del diagramacoexisten los estados slido, lquido y gaseoso.Estos puntos tienen cierto inters, ya querepresentan un invariante y por lo tanto se pueden

utili"ar para calibrar termmetros.

*os pares &presin, temperatura'quecorresponden a una transicin de fase entre

2-os fases slidas ambio alotrpico.

2Entre una fase slida y una fase lquida fusin3 solidi!cacin.
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Agua


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2Entre una fase slida y una fase vapor &gas'sublimacin 2 deposicin &o sublimacininversa'.

2Entre una fase lquida y una fase vapor

vapori"acin 2 condensacin &o licuefaccin'.

Es importante se$alar que la curva que separa lasfases vapor2lquido se detiene en un punto llamadopunto crtico. 4s all de este punto, la materia sepresenta como un 5uido supercrtico que tienepropiedades tanto de los lquidos como de los gases.4odi!cando la presin y temperatura en valores

alrededor del punto crtico se producen reacciones quepueden tener inters industrial, como por ejemplo lasutili"adas para obtener caf descafeinado.

Es preciso anotar que, en el diagrama (6 del agua, lalnea que separa los estados lquido y slido tienependiente negativa, lo cual es algo bastante inusual.Esto quiere decir que aumentando la presin el hielose funde, y tambin que la fase slida tiene menordensidad que la fase lquida.

!%2%!% DIAGRAMA DE FASE .INARIO

uando aparecen varias sustancias, la representacinde los cambios de fase puede ser ms compleja. 0ncaso particular, el ms sencillo, corresponde a losdiagramas de fase binarios. #hora las variables a tener

en cuenta son la temperatura y la concentracin,normalmente en masa. En un diagrama binario puedenaparecer las siguientes regiones

1lido puro o solucin slida

4e"cla de soluciones slidas &eutctica, eutectoide,peritctica, peritectoide'

4e"cla slido 2 lquido
http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_cr%C3%ADticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Soluci%C3%B3n_s%C3%B3lidahttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_cr%C3%ADticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Soluci%C3%B3n_s%C3%B3lida


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7nicamente lquido, ya sea me"cla de lquidosinmiscibles &emulsin', ya sea un lquidocompletamente homogneo.

4e"cla lquido 2 gas

)as &lo consideraremos siempre homogneo,trabajando con pocas variaciones da altitud'.

8ay punto y lneas en estos diagramas importantespara su caracteri"acin

*nea de lquidos, por encima de la cual soloexisten fases lquidas.

*nea de slidos, por debajo de la cual solo existenfases slidas.

*nea eutctica y eutectoide. 1on lneashori"ontales &isotermas' en las que tienen lugartransformaciones eutcticas y eutectoides,respectivamente.

*nea de solvus, indica las temperaturas para lascuales una solucin slida &9' de # y / deja de sersoluble para transformarse en &9': sustancia pura /'.

oncentraciones de!nidas, en las que ocurrentransformaciones a temperatura constante

2Eutctica

2Eutectoide

2(eritctica

2(erictectoide

/% R&3la d& ,a(&( d& Gi44(

*a coexistencia de dos fases en equilibrio implica lacondicin
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ec. ;..

Esas dos relaciones determinan completamente a = y

p. +o se necesita otra informacin para la descripcindel estado de un sistema. 0n sistema como este esinvariante, no tiene grados de libertad. *a tabla ;.


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1era til disponer de una regla sencilla mediante lacual poder decidir cuantas variables independientesnecesitamos para describir el sistema. 1obre todo enel estudio de sistemas en los cuales estn presentesmuchos componentes y muchas fases, es deseable

cualquier simpli!cacin del problema.1e empie"a por encontrar el nmero total de variablesintensivas que se necesitaran para describir el estadode un sistema que tiene componentes y ( fases.Estas aparecen en la tabla ;.>. ada ecuacin querelaciona estas variables implica que una variable esdependiente ms que independiente. -ebemos hallar,por tanto, el nmero total de ecuaciones que

relacionan las variables. Estas se indican en la tabla;.;.El nmero de variables independientes, ?, se obtienerestando el nmero total de ecuaciones del nmerototal de variables.

Ec. ;.A.

Ta4la /%!%

Ta4la /%/%


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*a ecuacin ;.A. es la regla de fases de B. Cillard

)ibbs. *a mejor manera de recordar esta regla esteniendo en cuenta que al aumentar el nmero decomponentes aumenta el nmero total de variables%por tanto, tiene signo positivo. #umentando elnmero de fases aumenta el nmero de condicionesde equilibrio y de ecuaciones, con lo cual se eliminanalgunas variables y ( tiene signo negativo.En un sistema de un componente, D


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componentes, entonces se requieren tres variables yel diagrama de fases consiste en super!cies y susintersecciones en tres dimensiones. 1i estn presentestres componentes, se requieren super!cies en cuatrodimensiones.

*a visuali"acin completa de este caso es difcil en tresdimensiones e imposible en cuatro o ms dimensiones.*a regla de las fases, con su exquisita sencille",expresa las limitaciones sobre las intersecciones de lassuper!cies en estos espacios multidimensionales. (oresta ra"n, la regla de las fases de )ibbs se encuentraentre las ms grandes generali"aciones de la cienciafsica.

-e una manera mas simpli!cada esta regla nos de!nelos grados de libertad que posee el sistemadependiendo del tipo de variables que consideremos.Establece la siguiente relacin

F = C - P + 2

-onde FD nmero de grados de libertad

CD nmero de componentes

0D nmero de fases presentes

> D es el nmero de variables de estado del sistema&temperatura y presin'

En los casos experimentales que nosotros trataremos, elefecto de la variacin de la presin es despreciable, asestablecemos que ( D < atm D constante durante todo elexperimento. #s pues, la regla de las fases quedaestablecida para nuestros propsitos empricos como

F = C - P + 1


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6eamos con un ejemplo la gran utilidad de esta ecuacin

2% E6&m)lo( d& a)licacin% alcular el nmero de grados de libertad que

de!nen un sistema compuesto por sacarosa slidaen equilibrio con una disolucin acuosa de sacarosa.

El nmero de componentes D nmero de especiesqumicas diferentes, en este caso ser >, la sacarosa yel agua. (or lo tanto D >

El nmero de fases D tendremos dos fases, ladisolucin de sacarosa que ser una fase lquida y lasacarosa slida. (or lo tanto ? D >

+o existen ni reacciones ni relaciones entre loscomponentes por lo tanto el nmero de grados delibertad ser *D>2>:>D>

Es decir con dos variables independientes podremos

de!nir el sistema, estas dos variables pueden ser porejemplo la presin y la temperatura, ya que a una &(,='


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dada la solubilidad de la sacarosa slo tiene un valorposible, y es el que determina la concentracin desacarosa en agua.

alcular el nmero de grados de libertad para uname"cla gaseosa de +>, 8>y +8;que no reaccionanentre si.

D ;, las tres especies qumicas diferentes.

? D < una nica fase gaseosa

+o existen relaciones entre los componentes delsistema, luego *D;2DA

*a misma me"cla gaseosa de +>, 8>y +8;pero eneste caso a$adimos un catali"ador para que seprodu"ca la reaccin.

*a reaccin que tendr lugar ser

D ; especies diferentes% ? D < fase gaseosa D


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*D;22 variablesintensivas independientes se de!ne totalmente elsistema.

$% .i4lio3a,7a

$%#% (hysical hemestry )ilbert C. atellan ;thedition#ddison2Cesley (ublishing ompanu, Fnc,Geading, 4assachussetts HJ, >H

regla de las fases fisico

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