Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

836
EQUILIBRIO QUÍMICO Y DE FASE
Aire saturado
Lago
17 °C
Aire
P aire seco, lado gaseoso
y aire seco, lado líquido
FIGURA 16-25
Esquema para el ejemplo 16-9.
EJEMPLO 16-9 La cantidad de aire disuelto en agua
Determine la fracción molar de aire en la superficie de un lago cuya temperatura
es de 17 °C (Fig. 16-25). Considere que la presión atmosférica a nivel
del lago es de 92 kPa.
Solución Se determinará la fracción molar del aire en el agua del lago.
Suposición Tanto el aire como el vapor son gases ideales.
Propiedades La presión de saturación del agua a 17 °C es de 1.96 kPa (tabla
A-4). La constante de Henry del aire disuelto en agua a 290 K es H
62 000 bars (tabla 16-2).
Análisis Este ejemplo es similar al anterior. De nuevo, el aire en la superficie
del agua está saturado y, por lo tanto, la presión parcial del vapor de agua en
el aire en la superficie del agua es la presión de saturación del agua a 17 °C,
La presión parcial del aire seco es
Observe que se pudo haber ignorado la presión del vapor porque la cantidad
de vapor en el aire es muy pequeña, con una pérdida en precisión insignificante
(con un error de 2 por ciento aproximadamente). La fracción molar del
aire en el agua es, a partir de la ley de Henry,
y aire seco, lado líquido P aire seco, lado gaseoso
H
P v P sat a 17 °C 1.96 kPa
P aire seco P P v 92 1.96 90.04 kP a 0.9004 ba rs
Comentario Como se esperaba, este valor es muy pequeño. Por lo tanto, la
concentración de aire en el agua justamente por debajo de la interfase aireagua
es de 1.45 moles por cada 100 000 moles. Sin embargo, evidentemente
ésta es una cantidad suficiente de oxígeno para los peces y otras criaturas en el
lago. Observe que la cantidad de aire disuelto en el agua disminuye al aumentar
la profundidad, a menos que exista equilibrio de fases en todo el lago.
0.9004 bars
62 000 bars
1.45 105
EJEMPLO 16-10 Difusión de gas hidrógeno en una placa de níquel
Gas hidrógeno
358 K, 300 kPa
H 2
Placa de níquel
H 2
FIGURA 16-26
Esquema para el ejemplo 16-10.
Considere una placa de níquel que se coloca dentro de un recipiente lleno de
gas hidrógeno a 358 K y 300 kPa. Determine la densidad molar y másica del
hidrógeno en la placa de níquel en el momento en el que se establece el equilibrio
de fases (Fig. 16-26).
Solución Se va a exponer una placa de níquel al gas hidrógeno. Se determinará
la densidad del hidrógeno en la placa.
Propiedades La masa molar de hidrógeno H 2 es M 2 kg/kmol, y la solubilidad
del hidrógeno en el níquel a una temperatura especificada se proporciona
en la tabla 16-3 y es de 0.00901 kmol/m 3 · bar.
Análisis Al observar que 300 kPa 3 bars, la densidad molar del hidrógeno
en la placa de níquel, a partir de la ecuación 16-24, es
r
H 2 ,lado sólido P H 2 ,lado gaseoso
10.00901 kmol >m 3 # ba r 2 13 ba rs2 0.027 kmol /m 3
La cual corresponde a una densidad de
r H 2 ,lado sólido r H 2 ,lado sólido M H 2
10.027 kmol >m 3 212 kg >kmol 2 0.054 kg/m 3
Esto es, habrá 0.027 kmol (o 0.054 kg) de gas H 2 en cada m 3 de volumen de
la placa de níquel cuando se establezca el equilibrio de fases.