Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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EQUILIBRIO QUÍMICO Y DE FASE
Gas A
Gas: A
Líquido: B
y A,lado gaseoso y A,lado líquido
o
P A,lado gaseoso
————— y
P
A,lado líquido
o
y A,lado gaseoso
P A,lado gaseoso = Hy A,lado líquido
y A,lado líquido
FIGURA 16-23
Los gases disueltos en un líquido pueden
ser extraídos al calentar el líquido.
TABLA 16-2
Constante de Henry H (en bars) de gases seleccionados disueltos en agua a
presiones bajas a moderadas (para el gas i, H = P i,lado gaseoso /y i,lado agua )
(Fuente: Mills, tabla A-21, p. 874)
Soluto 290 K 300 K 310 K 320 K 330 K 340 K
H 2 S 440 560 700 830 980 1 140
CO 2 1 280 1 710 2 170 2 720 3 220 —
O 2 38 000 45 000 52 000 57 000 61 000 65 000
H 2 67 000 72 000 75 000 76 000 77 000 76 000
CO 51 000 60 000 67 000 74 000 80 000 84 000
Aire 62 000 74 000 84 000 92 000 99 000 104 000
N 2 76 000 89 000 101 000 110 000 118 000 124 000
líquido puede incrementarse aumentando su presión. Lo anterior puede utilizarse
en la carbonización de bebidas refrescantes con gas CO 2 .
Hablando estrictamente, el resultado obtenido en la ecuación 16-22 para la
fracción molar de gas disuelto es válido para la capa de líquido que se encuentra
justamente debajo de la interfase, pero no necesariamente para todo el
líquido. Esto último sería el caso solamente cuando se estableciera el equilibrio
termodinámico de las fases en el cuerpo del líquido en su totalidad.
Se mencionó con anterioridad que el uso de la ley de Henry se limita a
soluciones diluidas de gas y líquido, esto es, líquidos con una pequeña cantidad
de gases disueltos en ellos. Entonces, la pregunta que surge de manera
natural es ¿qué se hace cuando el gas es altamente soluble en el líquido (o
sólido), como el amoniaco en el agua? En este caso, la relación lineal de la ley
de Henry no se aplica y la fracción molar de un gas disuelto en el líquido (o
sólido), en general, se expresa como una función de la presión parcial del gas
en la fase gaseosa y de la temperatura. En este caso, una relación aproximada
para las fracciones molares de una especie en los lados líquido y gaseoso en
la interfase, está dada por la ley de Raoult, como
P i,lado gaseoso y i,lado gaseoso P total y i,lado líquido P i,sal 1T2
(16-23)
donde P i,sat (T) es la presión de saturación de la especie i a la temperatura de
la interfase y P total es la presión total sobre el lado de la fase gaseosa. En los
manuales de química se pueden encontrar tablas con datos para soluciones
comunes como la solución amoniaco-agua, la cual se utiliza ampliamente en
sistemas de refrigeración por absorción.
Los gases pueden disolverse también en sólidos; sin embargo, el proceso de
difusión en este caso puede ser muy complejo. La disolución de un gas puede
ser independiente de la estructura del sólido, o puede depender de manera significativa
de su porosidad. Algunos procesos de disolución (como la disolución
de hidrógeno en titanio, similar a la de CO 2 en agua) son reversibles y,
por lo tanto, mantener el contenido de gas en el sólido requiere un contacto
constante del sólido con un depósito de ese gas. Otros procesos de disolución
son irreversibles. Por ejemplo, el gas oxígeno disuelto en titanio forma TiO 2
sobre la superficie y el proceso no es reversible por sí mismo.
La densidad molar de la componente gaseosa i en el sólido en la interfase
r – i,lado sólido es proporcional a la presión parcial del componentes i en el gas
P i,lado gaseoso en el lado gaseoso de la interfase y se expresa como
r
i,lado sólido P i,lado gaseoso 1kmol>m 3 2
(16-24)