Equilibrio en Termodinámica

PRÓLOGO

El presente trabajo tiene un objetivo más allá del de conseguir una calificación o de acreditar una materia, el transcurso de la elaboración de éste trabajo me fui percatando de la gran importancia de realizarlo, porque de ésta manera pasó de ser algo metódico a algo de gran interés para mí, pude relacionar los temas entre sí, y todo se visualizó como un solo contexto.

Las realizaciones de las prácticas son importantes porque en el campo de la ingeniería, si bien las ciencias con la base de muchos conocimientos, el uso de las tecnologías es la premisa mayor, y esto implica, como coloquialmente se dice, “saber meter las manos”.

Otro gran objetivo que tiene este trabajo es el de saber adaptar la teoría a la práctica, adaptar las condiciones de trabajo, como por ejemplo la presión atmosférica.

Si bien éste trabajo es realizado por una sola persona, en la portada podemos percatarnos que existe la palabra “equipo”, los resultados que a continuación se presentarán fueron obtenidos gracias a la colaboración de los integrantes de un grupo que a su voz fueron divididos en equipos, por lo que me tomo la libertad de agradecer a mis compañeros con quienes tuve la oportunidad de trabajar, con ellos, y con todos los equipos de los que fui participe anteriores semestres y seré los próximos semestres, aprendo día a día el valor de la cooperación y la responsabilidad de ser parte de un equipo. Así como también agradezco al profesor, quién en todo momento tuvo la disposición de ayudarnos en cualquier duda.

En las distintas comprobaciones experimentales de los temas que se muestran se utilizan constantes bibliográficas, sin embargo para realizar diversas variantes decidí un solo grupo de constantes, por ejemplo para las ecuaciones de Antoine trabajé tanto las usadas para temperaturas en °C como en K, de ésta manera también podemos comprobar nuestra hipótesis en más de una manera.

CESAR CRUZ

INTRODUCCIÓN

Equilibrio en Termodinámica significa (aparte de la ausencia de un cambio) la ausencia de cualquier tendencia hacia el cambio en una escala macroscópica, esto también significa la carencia de cualquier fuerza impulsora que pueda producir un cambio.

Cabe destacar que en muchas aplicaciones de la termodinámica no interesan las reacciones químicas, esto se debe a las grandes fuerzas impulsoras entre 2 compuestos de una mezcla. Si la reacción química no ha iniciado el sistema puede estar en equilibrio térmico y mecánico a largo plazo, y solo se analizarán los procesos puramente físicos sin considerar las posibles reacciones químicas.

REGLA ENTRE FASES

Cuando dos fases están en equilibrio, el estado del sistema se establece al especificar sólo una propiedad termodinámica intensiva. Un ejemplo es una mezcla de Vapor-Líquido de Agua en equilibrio a 101.33 kPa solo puede existir a 100°C. Es imposible cambiar la temperatura sin modificar también la presión, si se quiere que el vapor y el agua líquida continúen existiendo e equilibrio

Para sistemas de fases múltiples en equilibrio tenemos la regla de fases de J. Willard Gibbs, que se aplica para sistemas sin reacciones químicas:

F=2-π+N

Donde:

: Número de fases

N: Número de especies químicas

F: Grados de libertad del sistema

DESARROLLO TEÓRICO Y EXPERIMENTAL

EQUILIBRIO ENTRE FASES PARA UNA SUSTANCIA PURA

PRESIÓN DE VAPOR

La presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases líquida y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado.

La presión de vapor de un líquido es la misma, aunque esté en presencia de otros gases; es una propiedad característica del líquido. El líquido y su vapor están en equilibrio cuando el líquido está en contacto con el vapor a una presión constante. Además, podemos añadir que La presión de vapor de cualquier líquido aumenta con la temperatura.

Una mezcla de sustancias puras sigue siendo una sustancia pura, siempre que la composición de sus fases siga siendo la misma, una sustancia puede tener varias fases estructurales moleculares diferentes debido a que una fase se identifica como un arreglo molecular distinto, homogéneo en su totalidad y separado de las demás fases por un medio identificable.

El diagrama de fases puede representar cualquier estado de equilibrio por una sustancia pura.

Existen diferentes ecuaciones que nos ayudan a predecir el comportamiento entre fases, unas son termodinámicas y otras de carácter empírico, a continuación se mencionarán algunas:

ECUACIÓN DE ANTOINE

La presión de vapor de un líquido se puede escribir en la forma empírica conocida como la ecuación de Antoine, donde A, B y C son constantes determinadas a partir de medidas:

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