CARACTERÍSTICAS DE UNA MEZCLA BINARIA HOMOGÉNEA

CARACTERÍSTICAS DE UNA MEZCLA BINARIA HOMOGÉNEA

En general, pueden mezclarse sustancias para formar mezclas heterogéneas u homogéneas en fases sólidas, líquidas o de vapor. Algunas mezclas son miscibles en ciertas condiciones pero en otras no lo son. La miscibilidad es afectada por la temperatura y la presión. Una mezcla es miscible a una temperatura y presión dadas, si en todo un intervalo arbitrario de valores de concentración se forma una mezcla homogénea; una no miscible es heterogéneo.

El estado termodinámico de una mezcla saturada no puede determinarse sólo con la presión o temperatura, como, puede hacerse con una sustancia pura. Para el tratamiento general de las mezclas binarias considérese la composición cuantitativa en función de la concentración "x", que es la masa de un constituyente arbitrario dividida por la masa de la mezcla; el conocimiento de cualesquier par de valores de p, T, x, posibilita establecer el estado termodinámico de la mezcla. Para estados no saturados de la mezcla se requiere conocer las tres variables.

Las mezclas binarias convenientes para los sistemas de absorción deben ser completamente solubles en las fases liquida y de vapor, en los rangos de operación de temperatura y presión. Puede haber un intervalo de valores de concentración donde pueda existir una mezcla heterogénea, en los cuales obviamente no se operará al sistema. Ocurren dos fenómenos importantes al mezclar dos líquidos, que son el cambio de volumen y de temperatura de los constituyentes durante y al final de la mezcla.

La Fig. I.14(a) muestra un recipiente dividido que contiene x kg del líquido A y (1 - x) kg del liquido B. Cada líquido está a la misma temperaturaT1. El volumen por kg de constituyentes es:

v1 = x vA + (1 - x) vB

Supóngase que la pared divisoria se retira y que los dos líquidos se mezclan completamente. Es común observar que v2 es diferente de v1. Si el experimento se repite con diferentes líquidos y concentraciones, resulta que en algunos casos habrá disminución del volumen y en otros aumentará. Hallándose que no hay una regla definida y será necesario buscar el resultado por experimentación. Otra observación importante en el experimento de la Fig. I.14 es que, en general, T2 es distinta de T1. En algunos casos habrá calentamiento y en otros una disminución de la temperatura. Este efecto puede expresarse a partir del calor de disolución ΔHx. En el experimento podría cuantificarse el calor que se debe quitar o suministrar para mantener la temperatura constante. Si la mezcla se efectúa a presión constante, ΔHx estará relacionado estrictamente con la entalpía de la mezcla. Para los componentes originales, se tiene:

h1 = xhA + (1 - x)hB

y después de la mezcla,

h2 = h1 + ΔHx = xhA + (1 - x)hB +ΔHx (I.1)

La Ec. (I.1) permite el cálculo de la entalpía específica en kJ/kg de mezcla para una solución de concentración, presión y temperatura conocidas, si se conocen las entalpías de los componentes puros y el calor de disolución isotérmico. Las relaciones presión-temperatura para una mezcla liquida binaria en ebullición o una mezcla binaria de vapor en condensación, son de especial importancia en la refrigeración por absorción. El estudio de estas relaciones se hará mediante experimentos imaginarios, restringiéndose sólo al uso de mezclas homogéneas.

Fig. I.14 Variación del volumen y la temperatura en la mezcla de dos líquidos.

La Fig. I.15 muestra esquemáticamente el experimento y los resultados obtenidos en un diagrama T-x. Al principio se tiene una solución líquida (estado 1) la cual se calienta con lentitud, conservando la presión constante. La solución permanece completamente líquida hasta que alcanza la temperatura T2. Sin embargo, al suministrar más calor, el pistón se elevará sobre el líquido indicando que hay vaporización. Al detener el experimento en la condición mostrada en la Fig. I.15(b) y al analizar químicamente el líquido y el vapor, se encontrará un resultado interesante. Las concentraciones del liquido y del

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