Diagrama de faseDe Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a: navegación, búsqueda La línea de puntos muestra el comportamiento anómalo del agua. La línea verde marca el punto de congelación y la línea azul, el punto de ebullición. Se muestra cómo varían con la presión. En termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase a la representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado. En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios, mientras que en termodinámica se emplean sobre todo los diagramas de fase de una sustancia pura. Diagrama de fase de una sustancia pura Los diagramas de fase más sencillos son los de presión - temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la presión y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presión y temperatura dadas, el cuerpo presenta una única fase excepto en las siguientes zonas: • Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados sólido, líquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termómetros. Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de fase entre: ○ Dos fases sólidas: Cambio alotrópico; ○ Entre una fase sólida y una fase líquida: fusión - solidificación; ○ Entre una fase sólida y una fase vapor (gas): sublimación - deposición (o sublimación inversa); ○ Entre una fase líquida y una fase vapor: vaporización - condensación (o licuefacción). • Línea eutéctica y eutectoide. lo cual es algo bastante inusual. por debajo de la cual solo existen fases sólidas. corresponde a los diagramas de fase binarios. trabajando con pocas variaciones da altitud). por encima de la cual solo existen fases líquidas. Son líneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutécticas y eutectoides. ya sea un líquido completamente homogéneo. la línea que separa los estados líquido y sólido tiene pendiente negativa. y también que la fase sólida tiene menor densidad que la fase líquida. el más sencillo. Esto quiere decir que aumentando la presión el hielo se funde. Más allá de este punto.Es importante señalar que la curva que separa las fases vapor-líquido se detiene en un punto llamado punto crítico. Línea de líquidus. Mezcla líquido .líquido Únicamente líquido. normalmente en masa. Concentraciones definidas. que indica las temperaturas para las cuales una disolución sólida (α) de A y B deja de ser soluble para transformarse en (α)+ sustancia pura (A ó B). en el diagrama PV del agua. la materia se presenta como un fluido supercrítico que tiene propiedades tanto de los líquidos como de los gases. en las que tienen lugar transformaciones a temperatura constante: ○ Eutéctica ○ Eutectoide ○ Peritéctica ○ Peritectoide ○ Monotéctica ○ Monotectoide ○ Sintéctica ○ Catatéctica • • • • Hay punto y líneas en estos diagramas importantes para su caracterización: • • • • • . respectivamente. Un caso particular. ya sea mezcla de líquidos inmiscibles (emulsión).gas Gas (lo consideraremos siempre homogéneo. peritectoide) Mezcla sólido . peritéctica. eutectoide. Diagrama de fase binario Cuando aparecen varias sustancias. la representación de los cambios de fase puede ser más compleja. Modificando la presión y temperatura en valores alrededor del punto crítico se producen reacciones que pueden tener interés industrial. como por ejemplo las utilizadas para obtener café descafeinado. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentración. En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones: • • Sólido puro o disolución sólida Mezcla de disoluciones sólidas (eutéctica. Línea de sólidus. Es preciso anotar que. Línea de solvus. Un ejemplo es la mezcla de etanol y agua. y que al pasar al estado vapor (gaseoso) se comporta como un compuesto puro. por lo que no es posible separarlos por destilación simple. El azeótropo que hierve a una temperatura máxima se llama azeótropo de ebullición máxima y el que lo hace a una temperatura mínima se llama azeótropo de ebullición mínima. El azeótropo que hierve a una temperatura máxima se llama azeótropo de ebullición máxima y el que lo hace a una temperatura mínima se llama azeótropo de ebullición mínima.[1] que forma un azeótropo para una concentración del 96% en peso de alcohol. puede hervir a una temperatura superior. y que al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro. Tipos . Un ejemplo es la mezcla de etanol y agua. Azeótropo De Wikipedia. permaneciendo el líquido con la misma composición inicial. o sea como si fuese un solo componente.Un azeótropo es una mezcla líquida de dos o más componentes que posee un único punto de ebullición constante y fijo. Con una destilación simple se obtiene un alcohol con este título. Los sistemas azeotrópicos de ebullición mínima son más frecuentes que los de ebullición máxima. Un azeótropo. Un azeótropo. que hierve a una temperatura de 78. al igual que el vapor. búsqueda Un azeótropo (o mezcla azeotrópica) es una mezcla líquida de dos o más componentes que posee un único punto de ebullición constante y fijo. permaneciendo el líquido con la misma composición inicial. Con una destilación simple se obtiene un alcohol con esta concentración (título).2 °C. pero para conseguir un compuesto más puro se necesita utilizar recursos especiales como una destilación azeotrópica. intermedia o inferior a la de los constituyentes de la mezcla. Ambos tipos de azeótropos presentan una característica común.2 ºC. la enciclopedia libre Saltar a: navegación. intermedia o inferior a la de los constituyentes de la mezcla. al igual que el vapor. que forma un azeótropo para una concentración del 95% en peso de alcohol. por lo que no es posible separarlos por destilación simple. que la composición de la fase líquida y vapor en equilibrio líquido-vapor es idéntica en el punto donde se forma el azeótropo. puede hervir a una temperatura superior. que hierve a una temperatura de 78. o sea como si fuese un solo componente. pero para conseguir un compuesto más puro se necesita utilizar recursos especiales como una destilación azeotrópica. los sistemas azeotrópicos de ebullición mínima son más frecuentes que los de ebullición máxima. Etanol y agua hierven a 78.63% etanol + agua a presión atmosférica (1 atm. El cloruro de hidrógeno hierve a -84 °C. a presión atmosférica. si el azeótropo se encuentra fuera de una zona de inmiscibilidad (como los ejemplos anteriores de etanol+agua y cloruro de hidrógeno+agua). por tres azeótropos ternarios. [editar] Destilación de mezclas azeotrópicas Destilación discontinua de etanol+agua. mientras que el azeótropo lo hace a 110 °C..4 °C y 100 °C respectivamente.2 °C es la mínima temperatura a la que una mezcla de etanol + agua puede hervir. el cual puede ser menor o mayor que las temperaturas de ebullición de cualquiera de sus componentes.[editar] Azeótropos positivos y negativos Cada azeótropo tiene una temperatura de ebullición característica. 78. o 101.3 kPa). se trata de un azeótropo homogéneo. etc. Por el contrario. p2391 . a una concentración de 20. la cual es mayor. por lo tanto se trata de un azeótropo de temperatura máxima o negativo debido nuevamente. De hecho. Datos experimentales: CRC Handbook of Chemistry 44th ed. es posible encontrar un azeótropo sobre una agujero de miscibilidad. debido a la presencia de 2 fases líquidas sobre la fase vapor. mientras que el azeótropo lo hace a 78.2% de cloruro de hidrógeno en agua. [editar] Azeótropos homogéneos y heterogéneos Si los compuestos presentes en la mezcla no son completamente miscibles. a su desviación respecto de la ley de Raoult. Ejemplos conocidos son mezclas de un 95.[2] Se trata entonces de un azeótropo de temperatura mínima. Los azeotrópos constituidos por 2 componentes son llamados azeótropos binarios. Este tipo de azeótropo es llamado heterogéneo entonces. Un ejemplo de mezcla azeotrópica negativa es el ácido clorhídrico.2 °C. también conocido como azeótropo positivo debido a cómo el comportamiento de esta mezcla se desvía de la ley de Raoult. y un destilado con una concentración mayor en etanol (~74%). infinitas destilaciones dan como resultado una mezcla de composición azeotrópica. la destilación de una mezcla de estos compuestos con cualquier composición. pero nunca a etanol puro. ya que en este ejemplo hemos supuesto que en cada destilación evaporamos solo la mitad por lo tanto.2% de cloruro de hidrógeno. Construcción y uso del diagrama de McCabe-Thiele Antes de comenzar la construcción y uso de un diagrama de McCabe-Thiele para la destilación de una alimentación binaria. acercándose a su composición azeotrópica. Si por el contrario. También es posible partir de una mezcla con una composición de etanol mayor que la del azeótropo. Si esa mezcla vuelve a destilarse se obtendrá un 2º destilado. a infinito número de destilaciones.2% de cloruro de hidrógeno el residuo tendrá menos ácido que el original. sucesivas destilaciones aproximan el destilado a una composición del azeótropo (95% de etanol). la solución contiene más que un 20. se tiene una cantidad infinitamente pequeña de destilado. .[3] [4] En teoría. y un fondo esta vez más rico en etanol en lugar de agua. conteniendo menos de un 20. una primera destilación simple deja como residuo una mezcla más concentrada en ácido clorhídrico. hierve a 122 °C. Como se aprecia en la figura. En tanto. producirá un destilado con una composición más cercana a la del azeótropo. con una concentración de etanol de aproximadamente 82%. Una 3ª destilación arrojará dará un destilado de un ~87% de etanol. Retomando el ejemplo etanol+agua. si se someta a una destilación simple una mezcla al 50% de etanol evaporando un 50% de la mezcla se obtendrán dos productos: agua más pura en fondo (~25% etanol).[5] [editar] Ejemplos • Ácido nítrico (68. lo que volverá a producir un destilado más cercano al en composición al azeótropo.4 %) / agua. no será el destilado sino el residuo el que se acerque en composición al azeótropo. En la práctica esto no es posible. si dos componentes forman un azeótropo negativo. Retomando el ejemplo de cloruro de hidrógeno+agua.Si dos solventes forman un azeótropo positivo. debemos obtener los datos del equilibrio líquido-vapor (VLE) para el componente de menor punto de ebullición de la alimentación. lo que representa el equilibrio de las composiciones en fase de vapor para cada valor de la composición de la fase líquida. Luego se dibuja la línea de equilibrio utilizando los puntos de datos VLE del componente de más volátil. También dibujamos líneas verticales desde el eje horizontal hasta la línea x = y para la alimentación y para la composición deseada del producto destilado superior y el producto correspondiente fondo (en rojo en la figura 1). suponiendo que el caudal molar de reflujo de la L es de 1000 moles por hora y la velocidad de flujo molar del destilado D es 590 moles por hora.63 lo que significa que la coordenada de cualquier punto de la línea disminuye 0. El eje vertical será para la fracción molar (identificado por y) también para el mismo componente pero en fase de vapor. en la figura 1. Por ejemplo.Figura 1: Típico diagrama de McCabe Thiele para la destilación mezlca de alimentación binaria. entonces la pendiente de la línea de operación rectificar es de 1000 / (590 + 1000) = 0. es decir la recta y=x. El siguiente paso es dibujar la línea de operación para la sección de rectificación (la sección sobre la entrada de la alimentación) de la columna de destilación. El siguiente paso es trazar la recta q (línea azul en la Figura 1) de la línea x = y para que se cruza la línea de operación de rectificación. Esta línea de 45 grados se utiliza simplemente como una ayuda gráfica para la elaboración de las líneas restantes.63 unidades por cada unidad que la coordenada x disminuye. Los ejes vertical y horizontal se dibujan del mismo tamaño en el gráfico.1). Figura 1. El parámetro q es la fracción molar de líquido en la alimentación y la pendiente de la línea q es q / (q . El eje horizontal será para la fracción molar (identificado por x) del componente de menor punto de ebullición de la alimentación en la fase líquida. trazamos la línea de operación de rectificación con una pendiente descendente (Δy/Δx) de L/(D + L) donde L es el flujo molar de la corriente de reflujo y D es la tasa de flujo molar del producto destilado. El siguiente paso es dibujar una línea recta desde el origen de la gráfica (0. 1). Por ejemplo. A partir de la intersección de la línea de la composición de destilado y la recta y=x. 0) hasta el punto donde (1. si la alimentación es un líquido saturado entonces q = . (mostrados en verde en la figura 1). si la alimentación es vapor saturado (sin líquido). Cuando el supuesto de desbordamiento constante molar no es válido. además de los datos de equilibrio vapor-líquido y la entalpía de datos de concentración. o COV (por sus siglas en español). y percloroetileno (o tetracloroetileno). Otro ejemplo. Los COV son liberados por la quema de combustibles. la sección de debajo de la entrada de la alimentación). búsqueda Los compuestos orgánicos son sustancias químicas que contienen carbono y se encuentran en todos los elementos vivos. las líneas de operación no serán rectas. lo que significa que la línea es horizontal. señalamos a la sección de agotamiento línea de operación hasta el punto donde la recta q (azul) cruza la línea de operación verde de la rectificación de la recta de la sección de rectificación. nitrobenceno Otros ejemplos de compuestos orgánicos volátiles son formaldehído. Algunos ejemplos de compuestos orgánicos volátiles son: Naturales: isopreno. xileno. En la destilación continua con diferentes relaciones de reflujo. aromatizantes del aire. bromo. Compuestos orgánicos volátiles De Wikipedia. como se muestra en la Figura 1. el principal disolvente usado en la industria de lavado en seco. A continuación. acetona. repelentes de polillas. Tenga en cuenta que el uso de líneas de color no es obligatorio y sólo se utiliza aquí para hacer la metodología más fácil de describir. Usaremos balances de masa y entalpía. trazamos la línea de operación púrpura para la sección de agotamiento de la columna de destilación (es decir. Estas medidas representan los platos teóricos o etapas de equilibrio. Cada relación de reflujo nueva altera la pendiente de la recta de rectificación. Los compuestos orgánicos volátiles. flúor.1 y la pendiente de la línea q es infinito lo que significa que la línea es vertical. a veces llamados VOC (por sus siglas en inglés). Junto con el carbono. madera. clorobenceno. contienen elementos como hidrógeno. el típico diagrama de McCabe Thiele en la Figura 1 utiliza una recta-q que representa una alimentación parcialmente vaporizada. oxígeno. cloro. como gasolina. Por último. Muchos compuestos orgánicos volátiles se usan comúnmente en disolventes de pintura y de laca. las líneas de operación pueden ser construidos sobre la base del método de Ponchon-Savarit. q = 0 y la pendiente de la línea q es 0. la enciclopedia libre Saltar a: navegación. También son liberados por disolventes. El número requerido de platos teóricos es de 6 para la destilación binaria que se muestra en la Figura 1. Como se puede ver ahora. A partir de la intersección de la línea roja del fondo y la la recta y=x. tolueno. sustancias en . azufre o nitrógeno. se convierten fácilmente en vapores o gases. Algunos valores q de ejemplo y sus rectas se presentan en la Figura 2. como se muestra en la Figura 1. pinturas y otros productos empleados y almacenados en la casa y el lugar de trabajo. carbón o gas natural. disolventes como tolueno. materiales empleados en maderas. la fracción molar de los componentes más ligeros en la parte superior de la columna de destilación disminuirá a medida que disminuye la relación de reflujo. pineno y limoneno Artificiales: benceno. dibujamos los pasos entre las rectas de rectificación y la curva de equilibrio y luego contarlos. productos de uso automotor y disolventes para la industria de lavado en seco. un gas de efecto invernadero. Se da principalmente en áreas urbanas. falta de memoria. La importancia de los COVs reside en su capacidad como precursores del ozono troposférico y su papel como destructores del ozono estratosférico. La vía de entrada más peligrosa al organismo es la inhalación. Contribuyen a la formación del smog fotoquímico al reaccionar con otros contaminantes atmosféricos (como óxidos de nitrógeno) y con la luz solar.Toxicidad: Las propiedades tóxicas van a depender de cada compuesto y de las condiciones de exposición. Propiedades de Compuestos orgánicos Los compuestos orgánicos volátiles presentan propiedades características responsables de sus efectos sobre la salud y el medio ambiente. . dificultad de concentración… Fuentes de Compuestos orgánicos volátiles La fuente de los COVs puede ser natural o artificial. Las fuentes artificiales de compuestos orgánicos volátiles tienen su origen principalmente en actividades industriales como la industria de pinturas. la evaporación de disolventes orgánicos. generado por la descomposición de la materia orgánica. como en los productos de limpieza. Reduciendo la emisión de estos compuestos orgánicos volátiles y de los óxidos de nitrógeno se conseguiría evitar la formación del smog. Muchos compuestos orgánicos volátiles son peligrosos contaminantes del aire. liposolubles. productos de higiene personal. cosméticos. Productos resultantes de su metabolismo dentro del organismo si presentan hidrosolubilidad. barnices y lacas. los automóviles e incluso el humo del tabaco. Otros COVs de origen natural son los aceites esenciales constituidos por terpenos. del calzado o siderúrgica. por la quema de biomasa o por animales rumiantes como las vacas.Inflamabilidad: Generalmente son compuestos inflamables.Volatilidad: Son compuestos orgánicos que se evaporan rápidamente a la atmósfera. Esta propiedad da lugar tanto a contaminación atmosférica como a importantes riesgos para la salud. pinturas. A corto plazo pueden causar reacciones alérgicas o mareos y en exposiciones más prolongadas se relacionan con lesiones neurológicas y otros efectos psiquiátricos como irritabilidad. . dando lugar a atmósferas ricas en ozono de un color marrón. La fuente natural más común es el metano. es decir que arden con facilidad en contacto con el aire. plásticos… Actividades donde se producen COVs • • • • Industria siderúrgica Industria de plásticos y caucho Industria del calzado Pinturas.aerosol. Dentro del hogar podemos encontrar numerosas fuentes de COVs. . Son compuestos volátiles. los disolventes de la industria de lavado en seco. disolventes de grasa.Liposolubilidad: Son moléculas orgánicas y por lo tanto son liposolubles. presentan afinidad por las grasas y se acumulan en los tejidos grasos del cuerpo humano. tóxicos e inflamables. . . . y gracias a su afinidad por las grasas se acumulan en diversas partes del cuerpo humano.1. cloruro de vinilo y 1.náuseas. dependen del compuesto y del periodo al que se ha estado expuesto.1tricloroetano. . los riñones o el sistema nervioso central. esto filtros no son capaces de eliminar totalmente estos compuestos y hay que renovarlos cada cierto tiempo dependiendo de su poder de absorción. • Compuestos de clase B: con menor impacto en el medio ambiente como Acetona y etanol. También pueden ser carcinógenos. 1. . Los compuestos orgánicos volátiles son liposolubles. A corto plazo pueden causar: .• • • • • Industria alimentaria Industria maderera Industria farmacéutica Industria cosmética Industria de la lavado en seco Efectos sobre la salud Los efectos sobre la salud son variados. impidiendo la entrada de compuestos externos. Ya que el aire del exterior de la sala de FIV sí contiene COVs. estos compuestos presentan la dificultad de que no pueden ser eliminados mediante los filtros normales.dolor de cabeza. triclorotolueno etc. • Compuestos de clase A: Son compuestos que pueden causar daños significativos al medio ambiente. Y a largo plazo pueden dañar el hígado. como por ejemplo el benceno. . Los COVs se pueden clasificar según su peligrosidad en 3 grupos: • Compuestos extremadamente peligrosos para la salud: Benceno.mareos. se establece un gradiente de presión entre la sala de FIV y el exterior de manera que la presión en la sala de FIV sea mayor y si se abre alguna puerta el aire salga. Estos filtros se disponen en todas las entradas de gas del laboratorio. Control en laboratorios de Fecundación in Vitro (FIV) Es muy importante evitar la entrada de estos compuestos perjudiciales para la salud en los laboratorios de FIV ya que pueden contener compuestos embriotóxicos que perjudiquen a los embriones. . se establecen sistemas de recirculación de este aire purificado. como Acetaldehido. Sin embargo. tetracloruro de carbono. Para la eliminación de estos COVs en los laboratorios de FIV se emplean filtros de carbón activo con distintas concentraciones de permanganato potásico. anilina. como en los sistemas de climatización y la entrada de gases al incubador. tricloroetileno. Sin embargo. Además.fatiga.irritación de ojos y garganta.2 dicloroetano. .reacciones alérgicas. y tiene como principal objetivo limitar el contenido de COVs en pinturas. de 21 de abril de 2004. de 27 de diciembre. sobre el control de emisiones de COV resultantes de almacenamiento y distribución de gasolinas desde las terminales a las estaciones de servicio y el Real Decreto 1437/2002. El Real Decreto 117/2003 se basa en la limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades. Hay dos Reales Decretos que regulan las emisiones de COV de las gasolinas: El Real Decreto 2102/1996.Legislación en España En España hay actualmente dos Reales Decretos que tienen como objetivo principal la prevención y la reducción de la contaminación atmosférica debida a la emisión de compuestos orgánicos volátiles en diversas actividades industriales. En él se define COV como “todo compuesto orgánico que tenga a 293. por el que se adecuan las cisternas de gasolina al Real Decreto 2102/96.01 kPa o más. barnices y productos de renovación del acabado de vehículos. de 20 de septiembre.15 K una presión de vapor de 0. . o que tenga una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso” El Real Decreto 227/2006 transpone la Directiva 2004/42/CE del Parlamento Europeo y del Consejo.