Conceptos Fundamentales de Termodinámica (Parte 1)
Coeficiente de Fugacidad
Este término toma un valor unitario cuando la sustancia se comporta como un gas ideal, es decir, en su estado de referencia. Por lo tanto, también se considera como una medida de la no idealidad del sistema.
Teorema de Duhem
Para cualquier sistema cerrado, formado inicialmente por masas dadas de especies químicas prescritas, el estado de equilibrio está completamente determinado cuando se han fijado cualesquiera dos variables independientes.
Potencial Químico y Espontaneidad
Afirmación: El potencial químico describe la espontaneidad del sistema.
Respuesta: Falso. El potencial químico describe las condiciones de equilibrio de un sistema termodinámico, pero no describe la espontaneidad del sistema.
Estimación de la Fugacidad del Acetato de Etilo
Pregunta: Se tiene acetato de etilo a 80 °F y 30 bar. Al analizar la presión de vapor del sistema a estas condiciones, se observa que P > Pvap. ¿Qué ecuación usaría para estimar su fugacidad?
Respuesta: Ecuación de Lee y Kesler.
Fugacidad
Es la medida del potencial químico de una especie pura en la forma de presión ajustada. Está directamente relacionada con la tendencia de la especie a preferir una fase (líquida, sólida o gas) frente a otra.
Variables en la Regla de las Fases de Gibbs
Pregunta: Las variables independientes fijadas por la Regla de las Fases de Gibbs pueden ser:
Respuesta: Intensivas.
Condición de Equilibrio
La temperatura y la presi��n deben ser las mismas para las fases en equilibrio, y el potencial químico de cada especie es el mismo en todas las fases.
Cálculo de Fugacidad para H₂O
Pregunta: Para el H₂O a una temperatura de 260 °C y una presión de 4000 kPa (40 bar), ¿qué datos necesita obtener de las tablas de vapor para calcular el valor de la fugacidad fi?
Respuesta: Entalpía y entropía a las condiciones del agua y al estado de referencia.
Regla de las Fases de Gibbs
Esta regla define el número de variables independientes que deben fijarse de manera arbitraria para establecer el estado intensivo de cualquier sistema.
Potencial Químico
Es una medida de la tendencia general de la materia al cambio y se describe como el cambio en la energía de Gibbs con respecto al número de moles de la especie i.
Estimación de la Fugacidad del Propano
Pregunta: Se tiene propano a 150 °F y 200 psia. Al analizar la presión de vapor del sistema a estas condiciones, se observa que P > Pvap. ¿Qué ecuación usaría para estimar su fugacidad?
Respuesta: Ecuación Virial.
Variables en el Teorema de Duhem
Pregunta: Las variables independientes fijadas por el Teorema de Duhem pueden ser:
Respuesta: Intensivas y extensivas.
Transferencia de Materia y Potencial Químico
Afirmación: Si en alguna fase o porción del sistema el potencial químico de una sustancia es menor, entonces espontáneamente ocurrirá una transferencia de moles i hacia esta zona.
Respuesta: Verdadero.
Sistema en Equilibrio
Es aquel que existe bajo condiciones tales que no haya ninguna tendencia para que se presente un cambio de estado.
Datos de Tablas de Vapor para H₂O
Pregunta: Para el H₂O a una temperatura de 220 °C y una presión de 2500 kPa (25 bar), ¿qué datos necesita obtener de las tablas de vapor para calcular sus propiedades?
Respuesta: Volumen específico y presión de saturación.
Conceptos Fundamentales de Termodinámica (Parte 2)
Afirmaciones sobre Diagramas de Fases y Propiedades
- Verdadero: Un diagrama de fases se presenta ordinariamente graficando una o dos de las tres variables que caracterizan el estado de equilibrio (composición, temperatura y presión) a un valor constante de la o las variables restantes.
- Falso: La presión se define solo para gases. (Corrección: Este término también se utiliza para sólidos y líquidos).
- Verdadero: Un diagrama ternario representa las composiciones de 3 componentes evaluados bajo diferentes condiciones de presión y temperatura.
- Falso: Cuando la presión del sistema es menor que la presión de vapor de una sustancia, se considera que se tiene una fase líquida. (Corrección: Se tendría una fase de vapor).
- Falso: La ley de Raoult nos dice que la presión parcial de una especie pura en un gas es igual al producto de la presión total del gas por la fracción molar de esa especie en el gas. (Corrección: Esta es la Ley de Dalton. La Ley de Raoult se aplica a soluciones ideales).
- Falso: Los diagramas de composición-temperatura suelen estar realizados en función del componente más pesado. (Corrección: Suelen realizarse en función del componente más volátil).
Definiciones Clave en Equilibrio de Fases
- Cricondenterma: Es la máxima temperatura en la que dos fases pueden coexistir.
- Temperatura crítica: Es la temperatura a la cual el gas ya no puede volverse líquido, incluso si se aplicara mayor presión.
- Punto triple: Representa las condiciones de presión y temperatura a las cuales la fase sólida, líquida y gaseosa pueden coexistir.
- Presión crítica: Es la máxima presión sobre la cual el líquido y el gas ya no pueden existir, incluso aplicando mayor temperatura.
- Punto crítico: Representa condiciones de presión y temperatura límite a las cuales la fase líquida y gas pueden coexistir en equilibrio, volviéndose indistinguibles.
- Diagrama de Cox: Este diagrama toma como referencia la presión de vapor del agua para representar presiones de vapor de diferentes sustancias químicas en forma de rectas dentro de intervalos amplios de temperatura.
- Curva de punto de burbuja: En un diagrama de fases, esta línea separa la región de la fase líquida de la región de dos fases (líquido-vapor).
- Ecuación de Clausius-Clapeyron: Esta ecuación es usada en el estudio de transiciones de fase, particularmente cuando ocurren en sustancias puras.
- Curva de punto de rocío: En un diagrama de fases, esta línea separa la región de la fase vapor de la región de dos fases (líquido-vapor).
- Cricondenbar: Es la máxima presión en la que dos fases pueden coexistir.
Conceptos Fundamentales de Termodinámica (Parte 3)
Afirmaciones sobre Soluciones y Equilibrio
- Verdadero: Un diagrama de fases se presenta ordinariamente graficando una o dos de las tres variables que caracterizan el estado de equilibrio (composición, temperatura y presión) a un valor constante de la o las variables restantes.
- Falso: La presión se define solo para gases. (Corrección: Este término también se utiliza para sólidos y líquidos).
- Verdadero: Un diagrama ternario representa las composiciones de tres componentes evaluados bajo diferentes condiciones de presión y temperatura.
- Falso: Cuando la presión del sistema es menor que la presión de vapor de una sustancia, se considera que se tiene una fase líquida. (Corrección: Se tendría una fase de vapor).
- Verdadero: Un azeótropo es definido como una mezcla de dos sustancias que hierven a temperatura constante y se comportan como si fueran una sola.
- Falso: En un diagrama de temperatura-composición, un azeótropo positivo alcanzará el punto máximo de temperatura. (Corrección: Alcanza un punto mínimo de ebullición).
- Verdadero: En una solución ideal, el soluto y el solvente obedecen la Ley de Raoult.
- Falso: La ley de Raoult nos dice que la presión parcial de una especie pura en un gas es igual al producto de la presión total del gas por la fracción molar de esa especie en el gas. (Corrección: Esta es la Ley de Dalton).
- Falso: Los diagramas de composición-temperatura suelen estar realizados en función del componente más pesado. (Corrección: Suelen realizarse en función del componente más volátil).
- Falso: De la Ley de Henry, observamos que a medida que aumenta la presión, decrece la solubilidad de los gases en el líquido. (Corrección: La solubilidad aumenta con la presión).
Definiciones Adicionales
Punto Triple
Representa las condiciones de presión y temperatura a las cuales las fases sólida, líquida y gaseosa pueden coexistir en equilibrio.
Diagrama de Cox
Este diagrama toma como referencia la presión de vapor del agua para representar presiones de vapor de diferentes sustancias químicas en forma de rectas dentro de intervalos amplios de temperatura.
Ecuación de Clausius-Clapeyron
Esta ecuación es usada en el estudio de transiciones de fase, particularmente cuando ocurren en sustancias puras.
Descenso de la Presión de Vapor
Pregunta: A una temperatura constante, el descenso de la presión de vapor es proporcional a la concentración del soluto presente en la solución, es decir, el cambio en la presión de la solución es independiente de la naturaleza química. ¿Cuándo es aplicable esta afirmación?
Respuesta: Cuando el soluto es no electrolítico y no volátil.
Soluciones Diluidas Ideales
Las mezclas en las que el soluto cumple la Ley de Henry y el solvente la Ley de Raoult se denominan soluciones diluidas ideales.
Miscibilidad
Se refiere a la propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando una disolución.
Coeficiente de Actividad
Cuantifica el grado en el que una solución no es ideal.
Constante de Henry
Cuantifica el grado de desviación de la Ley de Raoult en una solución real.
Comportamiento de Azeótropos
El azeótropo positivo está representado en las figuras __, en los cuales podemos encontrar el punto de ebullición MÍNIMO y el punto MÁXIMO de presión. El azeótropo negativo está representado en las figuras __, en los cuales podemos encontrar el punto de ebullición MÁXIMO y el punto MÍNIMO de presión.
