REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA NCLEO PORTUGUESA - EXTENSIN ACARIGUA

EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPORDIAGRAMA DE FASE Y PUNTO TRIPLE

Integrantes:Kimberly Montilla C.I. 24.145.029Javier Yari C.I. 13.703.960Nayahudis Herrera C. I. 24.019.789Jess Rodrguez C. I. 22.096.519Ing. Azcar ASemestre IIAsignatura:QUIMICAProf. Enderson Carmona

INTRODUCCIN

El equilibrio entre el vapor y el lquido de un compuesto est representado por la relacin de moles de vapor y lquido a una temperatura determinada, tambin puede estudiarse este equilibrio a partir de suspresiones de vapor. La solucin ideal se define como aquella que obedece la Ley de Raoult en todo intervalo de concentraciones. La Ley de Raoult establece que la relacin entre la presin de vaporde cada componente en una solucin ideal es dependiente de la presin de vapor de cada componente individual y de la fraccin molarde cada componente en la solucin. La ley debe su nombre al qumico francs Franois Marie Raoult (1830-1901).En termodinmica, se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinmico, si es incapaz de experimentar espontneamente algn cambio de estado cuando est sometido a unas determinadas condiciones de contorno, (las condiciones que le imponen sus alrededores). Las propiedades termodinmicas de un sistema vienen dadas por los atributos fsicos macroscpicos observables del sistema, mediante la observacin directa o mediante algn instrumento de medida.

QU ES EL EQUILIBRIO LIQUIDO VAPOR?El equilibrio liquido-vapor ocurre cuando no se presentan cambios con respecto al tiempo de la temperatura y presin total de la mezcla, y las fugacidades parciales de los componentes puros son iguales en todo el sistema. Las consideraciones tericas para el estudio de la destilacin son el equilibrio entre las fases de vapor y lquidos en el sistema que est sometido a esta operacin unitaria.De acuerdo con la teora cintica, hay un continuo paso de molculas de la superficie del lquido al espacio libre que se encuentra sobre l. Al mismo tiempo molculas de vapor regresan a la superficie del lquido a una rata que depende de la concentracin del vapor. A medida que la concentracin de molculas de vapor se incrementa, se va estableciendo una condicin de equilibrio entre el lquido y el vapor y se llega a l cuando la rata de evaporacin es exactamente igual a la rata de condensacin.La presin ejercida por la fase vapor en equilibrio con la fase liquida se conoce como la presin de vapor. La presin de vapor de equilibrio depende no solo de la temperatura sino tambin de la naturaleza de los componentes y la composicin en cada una de las fases.En mezclas ideales, la presin de vapor es proporcional a la fraccin molar de cada uno de los componentes acorde con Ley de Raoult. As se pueden elaborar diagramas de presin de vapor en funcin de la composicin de la fase lquida y la fase de vapor a temperatura constante; tambin es posible elaborar diagramas de punto de ebullicin en funcin de la composicin de la fase lquida y la fase de vapor a temperatura constante; tambin es posible elaborar diagramas de punto de ebullicin en funcin de la composicin de la mezcla para presin constante.Experimentalmente para mezclas de dos componentes o mezclas binarias se ha determinado las composiciones molares tanto de la fase gaseosa como de la fase lquida cuando ellas estn en equilibrio, en funcin de la temperatura. Al tener una mezcla binaria con los compuesto A y B, en el diagrama de punto de ebullicin, Ta representa la temperatura de ebullicin del compuesto A, a una presin constante P, en tanto que el componente B tiene su punto de ebullicin Tb.

APLICACIN INDUSTRIAL:En el mundo de la industria qumica, los datos termodinmicos experimentales son esenciales en el diseo, optimizacin simulacin y control de procesos. En particular, el equilibrio lquido vapor representa el corazn de la mayora de las operaciones unitarias ms comunes de separacin en ingeniera qumica, tal como la destilacin, la extraccin o la absorcin. De ah que, el conocimiento de las propiedades termodinmicas es indispensable en cualquier actividad relacionada con el diseo y la optimizacin. Sin embargo, las propiedades termodinmicas de sustancias frecuentemente no se encuentran con facilidad debido a una variedad de causas. Por ejemplo, la degradacin, o an, la aparicin de reacciones secundarias de los componentes a condiciones extremas de temperaturas y presiones impiden considerablemente la determinacin del equilibrio lquido vapor que puede llevarse a cabo. La corrosin es otro factor que puede tomarse en cuenta, as como el alto costo de experimentacin o la toxicidad de los compuestos qumicos, que en resumen no permiten la determinacin. Por otro lado, algunos procesos nuevos requieren de esta informacin experimental, tal es el caso del uso de fluidos supercrticos para el tratamiento de residuos que permite la separacin y destruccin de contaminantes orgnicos con el mismo proceso.Consecuentemente, se necesitan aplicar procedimientos alternativos con el objeto de obtener estas propiedades termodinmicas faltantes. Se han presentado mtodos analticos que presentan la ventaja de proveer buenas aproximaciones a datos experimentales teniendo en cuenta muy pocas necesidades de tiempo de clculo, o tiempo de ordenador. Tal es el caso de las ecuaciones de estado clsicas donde las predicciones de compuestos no polares, molculas simtricas o hidrocarburos presentan un buen acuerdo mediante un ajuste de sus parmetros a datos experimentales. Aunque las ecuaciones de estado son comnmente usadas con propsitos de ingeniera, su capacidad para predecir propiedades de fluidos complejos (tal como molculas que forman puentes de hidrgeno, polmeros, etc.) son extremadamente deficientes. Adems, no existe alguna manera de usarlas para calcular propiedades dinmicasEjemplos: Un claro ejemplo de la aplicacin de equilibrio lquido vapor es en una torre de destilacin que es ocupada para separar los diferentes compuestos de hidrocarburos que tiene el petrleo. En la destilacin de una sustancia como por ejemplo extraer un aceite esencial de una planta o cualquier otra sustancia. En la vida cotidiana nos es muy til por ejemplo al planchar. La desalinizacin del agua para el consumo humano.

QUE ES UN DIAGRAMA DE FASES?El diagrama de fases es un grfico de la presin frente a la temperatura que muestra los intervalos en los que pueden existir las distintas etapas de un proceso. En los diagramas de fases se indican los intervalos de existencia de estas (gaseosa, lquidas, slidas) en funcin de la presin de vapor (o presin mecnica sobre el sistema) y de la temperatura.Cualquier sustancia puede existir en ms de un estado o fase de la materia. El equilibrio entre las fases es dinmico; esto es, que existe una transferencia contina de partculas de una fase a la otra. El equilibrio en este sistema dinmico se presenta cuando la velocidad de transferencia entre las fases es similar. El cambio de la materia de un estado a otro se denomina cambio de fase. Las conversiones de un slido a lquido (fusin), de un slido a gas (sublimacin), o de un lquido a gas (vaporizacin) son todos procesos endotrmicos; es decir, que la entalpa de la fusin, sublimacin o vaporizacin es positiva. El proceso inverso, la conversin de un lquido a slido (congelacin), de un gas a slido (deposicin) o de un gas a lquido (condensacin) son todos procesos exotrmicos, en esta forma los cambios de entalpa para estos procesos son negativos.El estado fsico de una sustancia depende no slo de las fuerzas de atracciones intermoleculares inherentes, sino tambin de la temperatura y la presin. Ahora que hemos examinado cada estado, podemos concluir nuestra discusin considerando la temperatura y la presin a la cual las diferentes fases de una sustancia pueden existir. Tal informacin se puede resumir en un diagrama de fase. La forma general para este tipo de diagramas para una sustancia simple que presenta tres fases es muy similar a la del agua, la cual se representa por la figura siguiente:

Este diagrama contiene tres curvas importantes, cada una de las cuales representa la condicin de temperatura y presin a la cual las diferentes fases pueden coexistir en equilibrio. La lnea de B a C es la curva de la presin de vapor del lquido. Representa el equilibrio entre las fases lquida y gaseosa a diferentes temperaturas. Esta curva termina en C, el punto crtico. La temperatura en este punto es la Temperatura crtica; la temperatura arriba de la cual la sustancia no puede existir como lquido est relacionada con la presin que se le aplique. A esta temperatura las fases lquidas y gaseosas se vuelven indistinguibles. La presin a temperatura crtica es la presin crtica. Ms all del punto crtico la sustancia se describe como un lquido supercrtico. El punto en la curva BC en donde el equilibrio de la presin de vapor es 1 atm, es por supuesto el punto de ebullicin normal de la sustancia. La lnea AB representa la variacin en la presin de vapor del slido en funcin de la temperatura.La lnea de B a D representa el cambio en el punto de fusin del slido con el aumento de presin. Esta lnea se inclina ligeramente hacia la derecha a medida que la presin aumenta; la mayora de los slidos se expanden por encima de su punto de fusin y aumentando la presin se favorece la formacin de la fase slida ms densa.El punto B, donde se juntan las tres curvas, se conoce como punto triple. Este punto se da cuando la presin de vapor de la forma slida de una sustancia es igual a la presin de vapor de sus estado lquido, las tendencias a escapar (fugacidades) de los dos estados son idnticas. En este caso, no hay tendencia a cambiar de un estado a otro, y ambos estados pueden existir juntos en equilibrio con su vapor, durante un periodo indefinido de tiempo. Esto ocurre si:1.- La temperatura es constante y2.- la grfica de log P contra 1/T para el slido, produce una lnea que intersecta la lnea de una grfica anloga para el estado lquido. El punto de interseccin es el punto triple.

QU ES EL PUNTO TRIPLE?Es el punto en el cual se cruzan las tres curvas, slido, lquido y gaseoso, donde pueden coexistir las tres fases a temperatura y presin constantes. Para entenderlo mejor necesitamos saber los conceptos de presin y temperatura:PRESIN: En fsica y disciplinas afines la presin tambin llamada presin absoluta se utiliza en aquellos casos que es necesario evitar interpretaciones ambiguas, se define como la fuerza por unidad de superficie: P = F/A.TEMPERATURA: Es una magnitud escalar que es una propiedad de todos los sistemas termodinmicos en equilibrio trmico (o sea que no presentan intercambio de calor entre sus partes). En la escala microscpica, la temperatura se define como el promedio de la energa de los movimientos de una partcula individual por grado de libertad. Se refiere a las nociones comunes de calor o fro, por lo general un objeto ms "caliente" tendr una temperatura mayor.APLICACIN INDUSTRIAL DEL PUNTO TRIPLEGeneralmente el punto triple tiene aplicaciones industriales en la industria alimenticia y farmacutica, as como laboratorios de metrologa, de anlisis, la cual es la aplicacin que se explicara a continuacin: Es importante calibrar termmetros de resistencia de platino entre 40C y 120C con una incertidumbre de 0,01C. Los termmetros de resistencia industriales (TRIs), se caracterizan por polinomios con cuatro coeficientes a determinar a partir de la medicin de la resistencia en por lo menos cuatro temperaturas conocidas. Para ello es prctico contar con cuatro puntos fijos termomtricos. Los tpicamente usados en termometra son el punto triple de mercurio(38,8344C) (1), el punto del hielo (0C) (1), el punto de fusin de Ga (29,7646C) (1) y el punto de solidificacin del Indio (156,5985C) (1), adems se requiere el clculo del punto triple del Succino nitrilo extrapolando el resultado hasta 120C con lo anterior se evita entonces exponer el termmetro a temperaturas superiores a las normales de trabajo, lo que mejora su estabilidad.

CONCLUSINEl conocimiento firme de los conceptos expuestos en este informe se considera esencial para el diseo, operacin y optimizacin de proyectos en la ingeniera qumica, debido a que todos los procesos de separacin se basan en datos precisos y exactos de propiedades termofsicas y del equilibrio de fases. Es en los procesos de separacin y purificacin donde se consume entre el 70 y 90% de la energa y los costos de operacin de un gran nmero de plantas de refinacin, petroqumicas y qumicas. Por lo que es indispensable optimizar algunos parmetros de operacin y para ello la termodinmica del equilibrio liquido-vapor es fundamental.

La ingeniera bsica, es parte medular para el diseo de procesos de la industria qumica, requiere de datos con alta precisin y exactitud de un nmero importante de propiedades termofsicas de las corrientes involucradas que permitan el desarrollo y diseos confiables que se traduzcan en ahorros en los costos y aumenten las ganancias con la disminucin de factores de riesgo y seguridad para el personal y proteccin al medio ambiente.

Diagrama de fases

Los elementos qumicos y las sustancias formadas por ellos salvo algunas excepciones, pueden existir en tres estados diferentes: slido, lquido y gaseoso en dependencia de las condiciones de presin y temperatura en las que se encuentren y esto se debe bsicamente a las fuerzas intermoleculares. El diagrama que representa el trnsito entre estos estados, se conoce como diagrama de fases.

diagrama de fases

Figura 1. Diagrama de fases

En la figura 1 a la izquierda se representa el diagrama de fases de un sustancia.

En los ejes estn representados los valores de presin y temperatura y las tres curvas AB, BD y BC, la frontera entre los diferentes estados.

Si el punto de presin y temperatura en que est la sustancia cae en alguna de las reas sealadas como slido, liquido o gas, ese ser su estado para esas condiciones. Veamos:

Si consideramos que la presin a que est la sustancia es P, entonces para temperaturas menores que T ser slida, para temperaturas entre T y T ser lquida y por encima de T gaseosa. Si este punto coincide con alguna de las curvas, coexistirn en equilibrio ambos estados, as si est sobre AB la sustancias ser parcialmente slida y parcialmente gaseosa, si est sobre BD ser parcialmente lquida y parcialmente slida y sobre BC lo mismo entre los estados lquido y gaseoso.

En el diagrama estn sealados adems dos puntos particularmente importantes:Punto triple

En este punto en la sustancia coexisten en equilibrio los tres estados, est parcialmente solida, parcialmente lquida y parcialmente gaseosa. Obsrvese que para valores de presin o temperatura mas bajas que el punto triple la sustancia en cuestin no puede existir en estado lquido y solo puede pasar desde slido a gaseoso en un proceso conocido como sublimacin.Punto crtico

El punto C indica el valor mximo de temperatura en el que pueden coexistir en equilibrio dos fases, y se denomina punto crtico. Representa la temperatura mxima a la cual se puede licuar el gas simplemente aumentando la presin. Gases a temperaturas por encima de la temperatura del punto crtico no pueden ser licuados por mucho que se aumente las presin. En otras palabras, por encima del punto crtico, la sustancia solo puede existir como gas.Punto de ebullicin

El punto de ebullicin de una sustancia, es aquel valor de temperatura para el cual coexisten en equilibrio, los estados lquido y gaseoso a determinada presin. Los diferentes puntos de ebullicin para las diferentes presiones corresponderan a la curva BC.Punto de fusin

El punto de fusin de una sustancia, es aquel valor de temperatura para el cual coexisten en equilibrio, los estados lquido y slido a determinada presin. Los diferentes puntos de fusin para las diferentes presiones corresponderan a la curva BD.