UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química Equilibrio de Fases y Químico

Curso: Equilibrio de Fases y Químico Código : IQUI-2021 Período : 2014-I Sección: 01 Profesor: Pablo Ortiz portiz@uniandes.edu.co Asistente Complementarias: Laura García ll.garcia508@uniandes.edu.co Asistente de Laboratorio: Mónica Sarmiento ml.sarmiento64@uniandes.edu.co Horario clases: miércoles y viernes de 7:00 a 8:20 (O-102) Horario complementarias: lunes de 7:00 a 8:20 (O-105) y de 17:00 a 18:20 (C-101) Horario laboratorio: miércoles de 9:00 a 11:50 y de 14 a 16:50. (ML-206) Horario de atención a estudiantes: miércoles y viernes de 8:30 a 11:30 (oficina ML-778) DESCRIPCIÓN DEL CURSO El curso busca aplicar los conceptos termodinámicos y los fundamentos matemáticos necesarios para la descripción de un sistema que alcanza el equilibrio de fases o el equilibrio químico. Estos conocimientos constituyen la línea base sobre la cual será posible, en cursos posteriores, integrar aspectos cinéticos y de transferencia de masa en el diseño de unidades de separación y de reactores químicos. OBJETIVOS (OUTCOMES) DE FORMACIÓN ABET El Departamento de Ingeniería Química cuenta con la acreditación internacional de calidad ABET. En este contexto el Departamento ha establecido una serie de objetivos de formación (outcomes) asociados a cada uno de los cursos de la carrera. De acuerdo a esto “Equilibrio de Fases y Químico” debe lograr al final del semestre resultados positivos en los siguientes puntos:

18.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para aplicar el conocimiento en matemáticas en la solución de problemas (A)

19.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para aplicar el conocimiento en ciencias en la solución de problemas (A)

20.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para aplicar el conocimiento en ingeniería en la solución de problemas (A)

21.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para diseñar y realizar experimentos y/o simulaciones (B) 22.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para analizar e interpretar datos (B)

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32.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para usar técnicas/destrezas/herramientas modernas necesarias para el ejercicio de la profesión (K)

OBJETIVOS GENERALES DE APRENDIZAJE El alumno al finalizar el curso debe estar en capacidad de:

1. Aplicar el criterio de equilibrio para determinar la espontaneidad y dirección de un

proceso físico y/o químico, incluyendo posibles cambios de fase. (OUTCOME A) 2. Calcular las condiciones de equilibrio de fases y proponer procedimientos para la

construcción de diagramas de fase para sistemas puros, binarios y sistemas multicomponentes, haciendo uso de modelos de idealidad, de datos experimentales y de modelos Gamma-Phi. (OUTCOME A,K)

3. Calcular las constantes de equilibrio y determinar el efecto de la presión y la temperatura

para un sistema que presenta una o más reacciones químicas. (OUTCOME A,K) 4. Generar y analizar datos experimentales relacionados con el estudio del equilibrio

químico y de fases. (OUTCOME A,B) METODOLOGÍA Presentación de los fundamentos de cada tema al principio de la clase y realización de ejercicios. Planteamiento de ejercicios para desarrollar fuera de clase relacionados con cada uno de los bloques o secciones. Resolución de dudas en clase y evaluación periódica. EVALUACIÓN Y REGLAS Nota Individual: Parciales (55%)

Parciales

Tema 1 Introducción al equilibrio termodinámico

P1-25% (12/03)

Tema 2 Equilibrio de fases en sistemas simples

Tema 3 Propiedades Molares Parciales

Tema 4 La solución ideal

Tema 5 Soluciones no ideales P2-15% (09/04)

Tema 6 Equilibrio de fases liquido-vapor

Tema 7 Otros equilibrio de fases P3-15% (fecha por

definir) Tema 8 Equilibrio químico

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Quices (20%)

Los quices serán de corta duración (15-20 minutos) y tratarán sobre ejercicios

específicos.

La fecha del quiz y los ejercicios/temas a preparar se anunciarán con una semana de

anticipación.

Todos los quices tienen el mismo valor y el número final de quices estará entre 8 y 12.

La no asistencia a un quiz se traduce en una nota de cero. No hay supletorio de quices

(se quitará la peor nota).

Proyecto en grupo (10%) Nota de Laboratorio - 2 prácticas (15%)

La programación de las prácticas será coordinada por el asistente de laboratorio y comunicada a los estudiantes en la segunda semana del semestre.

Se realizarán quices de laboratorio, obligatorios, antes de cada práctica (si el estudiante no asiste al quiz no podrá realizar la práctica y tendrá una nota de cero en la misma)

Informes de Laboratorio de acuerdo a guías. Sistema de Calificación:

El curso se aprueba si la nota final del curso es igual o superior a 3,00 sobre 5.

La nota final del curso no se aproxima, y se reportará con 2 cifras significativas después de la coma.

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BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

ISBN: 0073104450

Clasificación Local: 541.36 S537 2005

Autor Personal: Smith, Joe Mauk, 1916-

Titulo: Introduction to chemical engineering thermodynamics / J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott.

Porción del Titulo: Chemical engineering thermodynamics.

Edición: 7th ed.

ISBN: 9684443161

Clasificacion Local: 541.3 C177 Z215 1987

Autor Personal: Castellan, Gilbert William, 1924-

Titulo: Fisicoquímica / Gilbert W. Castellan ; versión en español de María Eugenia Costas Basín y Carlos Amador Bedolla ; con la colaboración de Manuel Rodríguez Flores.

Edicion: 2a. ed.

ISBN: 0471661740

Clasificacion Local: 541.369 S152 2006

Autor Personal: Sandler, Stanley I., 1940-

Titulo: Chemical, biochemical, and engineering thermodynamics / Stanley I. Sandler.

Edicion: 4th ed.

ISBN: 0198501013

Clasificacion Local: 541.3 A743 1998

Autor Personal: Atkins, Peter William, 1940-

Titulo: Physical chemistry / P. W. Atkins.

Edicion: 6th ed.

ISBN: 0139777458

Clasificacion Local: 541.363 P618 1999

Autor Personal: Prausnitz, John M.

Titulo: Molecular thermodynamics of fluid-phase equilibria / John M. Prausnitz, Rüdiger N. Lichtenthaler, Edmundo Gomes de Azevedo.

Edicion: 3rd ed.

ISBN: 0716717352

ISBN: 9780716717355

Clasificacion Local: 541.3078 H146 2006

Autor Personal: Halpern, Arthur M.

Titulo: Experimental physical chemistry : a laboratory textbook.

Edicion: 3rd ed. / Arthur M. Halpern , George C. McBane.

García, I., 2002. Introducción al equilibrio termodinámico y de fases. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería. Bogotá, Colombia.

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CONTENIDO DEL CURSO CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN AL EQUILIBRIO 1 Objetivos del Curso y Concepto de Equilibrio 1.1 Presentación 1.2 Concepto de Equilibrio de Fases y Químico 1.3 Espontaneidad y Reversibilidad: 2da Ley 2 Herramientas adicionales para el Equilibrio 2.1 1era Relación fundamental 2.2 Nuevas Propiedades y Nuevas Relaciones

Fundamentales 2.3 Función de Estado y Criterio de Exactitud: Relaciones de Maxwell e Identidades 3 Análisis de Espontaneidad e Irreversibilidad a partir

de la Energía libre de Gibbs -------------------------------------------------------------------V31/01 CAPÍTULO 2: EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS SIMPLES (1 COMPONENTE) 1 Potencial Químico y Criterio de Equilibrio 1.1 Ecuación general para Sistemas Abiertos:

Potencial Químico 1.2 Potencial Químico como criterio de Equilibrio

de Fases 2 Diagramas de fase a partir de la Energía Libre 2.1 Análisis G vs T 2.2 Análisis G vs P 3 Curvas de Equilibrio de Fases - Clapeyron 3.1 Ecuación de Clapeyron 3.2 Integración y aplicación a SL,LV,SV

4 Potencial Químico en función de la Presión (a Tcte) 4.1 Potencial químico para sólidos y líquidos 4.2 Potencial químico para gases ideales 4.3 Potencial químico de gases reales: fugacidad. 4.4 Métodos para calcular coeficientes de

fugacidad 4.4.1 2do coeficiente Virial (Pitzer) 4.4.2 Relación generalizadas-Lee-Kesler 4.4.3 Ecuaciones de Estado 4.4.4 Tablas termodinámicas 4.4.5 Datos experimentales / método gráfico

-----------------------------------------------------------------V14/02 CAPÍTULO 3: PROPIEDADES MOLARES PARCIALES 1 Ley de Mezclas y Desviaciones de la Idealidad

2 Definición de Propiedades parciales

3 Ley de Sumabilidad de Propiedades Parciales

4 Ley de Gibbs-Duhem -------------------------------------------------------------------V21/02 CAPÍTULO 4: SOLUCIÓN IDEAL 1 Mezcla de Gases Ideales 1.1 Presión Parcial y Volumen. Ley de Dalton 1.2 Teorema de Gibbs. 1.3 Propiedades en Mezclas de GI 2 Ley de Lewis-Randall: Modelo de Solución Ideal 2.1 Potencial químico de sustancias puras y en

mezclas 2.2 Modelo de Lewis-Randall 2.3 Propiedades de Soluciones Ideales

3 Presión de Vapor de Soluciones Líquidas Ideales.

Ley de Raoult.

4 Presión de Vapor de Soluciones diluidas. Ley de Henry.

5 Modelo de Solución Ideal Diluida (y concentrada):

Raoult & Henry. 6 Propiedades Coligativas 6.1 Punto de Ebullición 6.2 Presión de Vapor 6.3 Punto de Fusión 6.4 Presión Osmótica -----------------------------------------------------------V07/03 CAPÍTULO 5: SOLUCIÓN NO IDEAL 1 Mezcla No ideal de Gases Reales 2 Soluciones líquidas: Propiedades de Exceso 2.1 Propiedades de Exceso

2.2 Coeficiente de Actividad ()

3 Aproximación experimental al coeficiente de actividad de soluciones líquidas: estudio de la presión de vapor.

3.1 Criterio de Equilibrio de Fases en sistemas multicomponentes

3.2 Coeficiente de Actividad a partir de presiones de vapor

4 Modelos Termodinámicos para la obtención de coeficientes de actividad

4.1 Margules 1 y 2 constantes. 4.2 Otros modelos termodinámicos: 4.2.1 Van Laar 4.2.2 Wilson 4.2.3 UNIQUAC (UNIversal QUAsi-Chemical) 4.2.4 UNIFAC (UNIversal Functional group ACtivity)

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4.2.5 NRTL (Non Random Two Liquid) 4.3 Linealización de datos para la obtención de

constantes.

5 Resumen de Propiedades Termodinámicas 5.1 Expresiones 5.2 Diagramas -----------------------------------------------------------------V21/03 CAPÍTULO 6: EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR 1 Formulación Gamma-Phi 1.1 Presiones Bajas y Líquidos Ideales 1.2 Presiones Moderadas y Líquidos NO Ideales 1.3 Presiones Altas 2 Diagramas de Equilibrio L-V 2.1 Diagramas P xy : solución ideal y desviaciones

de la idealidad 2.2 Diagramas T xy 2.3 Puntos azeotrópicos 2.4 Balances de materia / regla de la palanca 2.5 Diagramas yx 2.6 Equilibrio L-V a partir del valor K

3 Cálculos de Equilibrio a Presiones Bajas: Raoult y

Raoult Modificado

---------------------------------------------------------------V04/04 CAPÍTULO 7: OTROS EQUILIBRIOS DE FASES 1 Equilibrio líquido-líquido. Sistemas Binarios 1.1 Energía libre de solución: miscibilidad total y

parcial 1.2 Diagramas de Fases

2 Equilibrio líquido-líquido. Sistemas Ternarios 2.1 Aproximación al sistema ternario a partir de

sistemas binarios. 2.2 Diagramas de Fases Ternarios. 2.3 Extracción líquido-líquido 3 Equilibrio Vapor líquido-líquido 4 Equilibrio sólido-líquido 5 Diagramas de Fase a partir de curvas de energía

libre -------------------------------------------------------------V25/04 TEMA 8: EQUILIBRIO QUÍMICO 1 Análisis de energía libre asociado al equilibrio

químico 1.1 Curvas de Energía Libre 1.2 Energía Libre de Reacción y Energía Libre

Estándar de Reacción

1.3 Constante de Equilibrio y cálculo de la conversión en equilibrio.

1.4 Reacción de Gases Ideales 1.5 Reacción en Fase Líquida 2 Influencia de condiciones de proceso en el

equilibrio 2.1 Principio de le Chatelier 2.2 Influencia de la presión 2.3 Influencia de la temperatura (Van’t Hoff) 2.4 Influencia de un componente inerte 2.5 Retirar o adicionar productos o reactivos 3 Equilibrio en reacciones múltiples para Gases

4 Análisis de Conversión --------------------------------------------------------------V09/05