Regla De Las Faces E Gibbs

REGLA DE LAS FASES DE GIBBS

En química y termodinámica, la regla de las fases de Gibbs describe el número de grados de libertad (L) en un sistema cerrado en equilibrio, en términos del número de fases separadas (F), el número de componentes químicos (C) del sistema y N el número de variables no composicionales (por ejemplo; presión o temperatura). Esta regla establece la relación entre esos 4 números enteros dada por:

Willaid Gibbs relacionó tres variables: fases(P), componentes(C), y grados de libertas o varianza (F) para sistemas multicomponentes en equilibrio. El número de grados de libertad se determina por la regla de las fases, si y solo si el equilibrio entre las fases no está influenciado por la gravedad, fuerzas eléctricas o magnéticas y solo se afecta por la temperatura, presión y concentración. El número dos en la regla corresponde a las variables de temperatura T y presión P.

Componente (de un sistema): es los menores números de constituyentes químicos independientemente variables necesarios y suficientes para expresar la composición de cada fase presente en cualquier estado de equilibrio

Fase: es cualquier fracción, incluyendo la totalidad, de un sistema que es físicamente homogéneo en si mismo y unido por una superficie que es mecánicamente separable de cualquier otra fracción. Una fracción separable puede no formar un cuerpo continuo, como por ejemplo un líquido dispersado en otro.

- Un sistema compuesto por una fase es homogéneo

- Un sistema compuesto por varias fases es heterogéneo

Para los efectos de la regla de las fases, cada fase se considera homogénea en los equilibrios heterogéneos.

Grado de libertad (o varianza): es el número de variables intensivas que pueden ser alteradas independientemente y arbitrariamente sin provocar la desaparición o formación de una nueva fase. Variables intensivas son aquellas independientes de la masa: presión, temperatura y composición. También se define con el número de factores variables.

F=0 indica invariante

F=1 univariante

F=2 bivariante

La regla de las fases se aplica sólo a estados de equilibrios de un sistema y requiere:

1.- Equilibrio homogéneo en cada fase

2.- Equilibrio heterogéneo entre las fases coexistentes

La regla de las fases no depende de la naturaleza y cantidad de componentes o fases presentes, sino que depende sólo del número. Además no da información con respecto a la velocidad de reacción.

El número de componentes más dos (C+2), representa el número máximo de fases que pueden coexistir al equilibrio, donde los grados de libertad (F) no pueden ser inferiores a cero (a condiciones invariantes).

Ejemplo: ( 1 componente)

* Para el punto de triple coexistencia ( C en diagrama):

3+F=1+2

F =0 (cero grados de libertad)

Como ninguna de las variables (presión, temperatura o composición) se pueden cambiar manteniendo las tres fases de coexistencia, el punto triple es un punto invariante.

* Un punto de la curva de congelación sólido-líquido(B):

2+F=1+2

F=1 (un grado de libertad)

Una variable ( T o P) se puede cambiar manteniendo aún un sistema con dos fases que coexisten.

Si se especifica una presión determinada, sólo hay una temperatura en la que las fases sólida y líquida coexisten.

* Un punto dentro de la zona de fase única (A):

1+F= 1+2

F=2 (dos grados de libertad)

Dos variables (T o P) se pueden cambiar independientemente y el sistema permanece con una única fase.

DIAGRAMA DE FASES HIERRO-CARBURO DE HIERRO(Fe-Fe]C)

LaFigura9.20representa una parte del diagrama de fases hierro-carbono.El hierro puro, al calentarse, experimenta dos cambios de la estructura cristalina antes de fundir .A temperatura ambiente la forma estable se llama ferrita o hierro a y tiene la estructura BCC. La ferrita experimenta a 912°C una transformación polimórfica a austenita FCC o hierro y. La austenita persiste hasta1394°C,temperatura a la que la austenita vuelve a convertirse en una fase BCC conocida como ferrita 8,que funde a 1538°C.Todos estos cambios aparecen a largo del eje vertical izquierdo del diagrama de fases.

QUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO

Siempre que se agitan cantidades arbitrarias del alcohol y agua en un embudo de separación a temperatura ambiente, se obtiene un sistema con una sola fase líquida. El agua y el etanol son solubles entre si en cualquier proporción, por lo que se dice que son totalmente miscibles. Cuando se agitan cantidades similares de CH3(CH2)3OH y agua a temperatura ambiente, se obtiene un sistema formado por dos fases líquidas: una de ellas es agua con una pequeña cantidad de CH3(CH2)3OH disuelto, y la otra es CH3(CH2)3OH con una pequeña cantidad de agua disuelta. Estos dos líquidos son parcialmente miscibles, lo que significa que cada uno se disuelve en el otro hasta alcanzar un límite máximo.

Supongamos que partimos del líquido B puro y se añade líquido A gradualmente, manteniendo constante la temperatura en un valor T1. El sistema se encuentra inicialmente en el punto F (B puro) y se desplaza horizontalmente hacia la derecha. A lo largo de FC existe una sola fase, una disolución diluida del soluto A en el disolvente B. En el punto C se alcanza la solubilidad máxima del líquido A en el líquido B a T1. Por lo tanto, al adicionar más A origina un sistema bifásico: la fase 1 es una disolución saturada de A en B, cuya composición es xA,1; la fase 2 es una disolución saturada de B en A, y su composición es xA,2. La composición global del sistema bifásico en un punto cualquiera D de esta zona es xA,3.

En el punto D hay más cantidad de la fase 1 que de la fase 2. Si se sigue añadiendo más A, la composición global termina por alcanzar el punto E. En el punto E existe exactamente la cantidad de A necesaria para permitir que todo B se disuelva en A, formando una disolución saturada de B en A. Por lo tanto, a partir de E el sistema vuelve a ser de una sola fase. Desde E hasta H sólo se diluye la disolución de B en A. Para alcanzar el punto H es necesario una cantidad infinita de A.

Con dos componentes y dos fases en equilibrio, el número de grados de libertad es 2. Sin embargo, como tanto P como T son constantes a lo largo de la línea Ce, F=0 en CE.

Dos puntos que están sobre Ce poseen valores idénticos para P, T , xA,1 , xA,2 , xB,1 y xB,2 .

Al aumentar la temperatura, la zona de inmiscibilidad líquido-líquido disminuye hasta que se anula al alcanzar la temperatura crítica de la disolución (Tc). Por sobre Tc, los líquidos son totalmente miscibles.

Para algunos pares de líquidos, como el agua con trietilamina una disminución de la temperatura conduce a una mayor miscibilidad. Algunas veces el sistema muestra una combinación de los comportamientos de los dos casos descritos anteriormente, como ocurre con nicotina-agua y m-toludina-glicerol.

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