Equilibrio de Fases para Sistemas Binarios

El equilibrio termodinámico  líquido vapor se alcanzará cuando los potenciales químicos de la sustancia
son los mismos en ambas fases , a cierta Temperatura y Presión dadas.

Consideraciones importantes en el equilibrio líquido-vapor:

-La fase vapor se considera como una mezcla de gases ideales.

-La fase líquida es considerada como una solución ideal.

El estado de equilibrio se da cuando se llega a la presión de vapor(presión ejercida cuando la fase de
vapor esta en equilibrio con la fase líquida).Esta, además de depender de la temperatura, dependerá
de la naturaleza de los componentes y la composición de cada fase.

En una solución ideal, la presión de vapor será proporcional a la fracción molar de cada uno componente
en la fase líquida y a la presión de vapor del componente puro a una temperatura dada,  de acuerdo a
Raoult.

Miscibilidad es un término que se refiere a la característica de líquido para mezclarse en todas las
proporciones, formando una solución homogénea.En principio, el término se aplica también a otras fases
(los sólidos y los gases), pero el foco principal está en solubilidad de un líquido en otro. Agua y etanol,
por ejemplo, son miscible puesto que se mezclan en todas las proporciones.

Por el contrario, las sustancias serían inmiscibles o no miscibles si en cualquier proporción,
ellas no forman una solución. Por ejemplo, aceite en agua.

Una disolución es una mezcla homogénea, o sea un sistema constituido por una sola fase que contiene
más de un componente.

Disolución ideal. Es aquella en la que las moléculas de las distintas especies son tan semejantes unas a
otras que las moléculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin variación de la
estructura espacial de la disolución o de la energía de las interacciones intermoleculares.

Raoult encontró que cuando se agregaba soluto a un solvente puro disminuía la presión de vapor del
solvente. Entre más se agrega más disminuye la presión de vapor. Este estatuto llego a ser conocido como
ley de Raoult.

La ley de Raoult se expresa matemáticamente como:

donde  es la presión de vapor del solvente una vez agregado el soluto  como fracción molar del componente de la solución,  es la presión de vapor de solvente puro, e  está dado por,

Diagramas de fases Presión de vapor-composición (T=cte): Disoluciones ideales

Diagramas presión-composición. (a) Presión total (PT) en función de la fracción molar del componente
A (xA) siendo ! PB * < PA * . (b) Presión total (PT) en función de xA y de yA (fracción molar en el
vapor del componente A).

Esta figura es en realidad un diagrama de fases, porque la línea recta representa  las presiones a las que
las dos fases están en equilibrio en función de la composición de la disolución (x) (T cte).
Los puntos por encima de la línea (cuando la presión es mayor que la presión de vapor) corresponden
al líquido como fase estable y los puntos por debajo de la línea (cuando la presión es menor que la
presión de vapor, de forma que la muestra se evapora) corresponden al vapor como fase estable.

Diagramas T-composición (P= cte). Disoluciones ideales. Destilación fraccionada.

A T constante, si disminuimos la Presión pasamos de la fase líquida a la fase vapor. Reducir la

presión a T cte es una forma es una forma de efectuar una destilación pero es más frecuente

destilar a P cte elevando la temperatura y necesitamos un diagrama temperatura-composición

(disolución binaria ideal). 

Las líneas de fase indican las composiciones y temperaturas a las que el líquido y el vapor están

en equilibrio, siendo la presión cte (1 atm). Nos muestra la composición de las fases en equilibrio

a diferentes temperaturas.

La regla de la palanca es el método empleado para conocer el porcentaje en peso de las fases "sólida y líquida" también "sólida y sólida" , presentes en una aleación de una cierta concentración cuando se encuentra a una determinada temperatura

Diagrama de fases. Son representaciones gráficas de presión vs. temperatura, a las que las fases sólida, líquida y gaseosa de una sustancia existen. En esta representación se incluye la variación de presión de vapor del sólido y del líquido, y la variación de la temperatura de fusión con la presión.

Las soluciones que pueden ser estudiadas con esta ley normalmente deben comportarse de manera ideal,
ya que las interacciones entre sus moléculas son pequeñas y permiten que se asuman las mismas
propiedades a través de toda la solución sin excepción.

Sin embargo, las soluciones ideales son prácticamente inexistentes en la realidad, por lo que se deben
incorporar dos coeficientes a los cálculos que representan las interacciones intermoleculares. Estos son
el coeficiente de fugacidad y el coeficiente de actividades.

En este sentido, las desviaciones con respecto a ley de Raoult se definen como positivas o negativas,
dependiendo de los resultados obtenidos en el momento.

Desviaciones positivas

Las desviaciones positivas con respecto a la ley de Raoult ocurren cuando la presión de vapor de la
solución es mayor a la que se calculó con la ley de Raoult.

Esto sucede cuando las fuerzas de cohesión entre las moléculas similares son mayores a las mismas
fuerzas entre moléculas distintas. En este caso, ambos componentes se vaporizan de manera más sencilla.

Esta desviación se aprecia en la curva de presión de vapor como un punto máximo en una composición
en particular, formando un azeótropo positivo.

El azeótropo es una mezcla líquida de dos o más compuestos químicos que se comporta como si
estuviera formada por un solo componente y que evapora sin cambiar de composición.