Diagram as de Fase
Biograf铆as
Curiosidades
n 贸 i c a estil
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Editorial Ésta revista trata sobre diagrama de fases y destilación principalmente aunque también habrán datos curioso y la biografía de Josiah Gibbs Un diagrama de fases es una representación gráfica donde las fases están presentes en un sistema material en función de la temperatura, la presión y la composición. Son representaciones gráficas de las condiciones termodinámicas de equilibrio. El estado de equilibrio de un sistema es aquel en el cual sus propiedades no cambian con el tiempo, a menos que se ejerza una alteración de la temperatura, la presión o la composición, o la aplicación de fuerzas externas de tipo eléctrico, magnético, etc. La destilación es la operación de separar las distintas sustancias
que
componen
una mezcla
líquida
median-
te vaporización ycondensación selectivas. Dichas sustancias, que pueden ser componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados, se separan aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de ellas, ya que el punto de ebullición es una propiedad intensivade cada sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volumen, aunque sí en función de la presión.
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Índice Primeros Pasos………………………………………………………………………………………..4 ¿Qué es un diagrama de Fases?....……………………………………………………..5 Tipos de diagrama de fases….……………………………….…………………………….6 Regla de la Fase de Gibbs...………………………………………………………………….7 Regla de la Palanca...………………………………………………………………………………8 Separación de Fases...…………………………………………………………………………..9 ¿Qué es la destilación...……………………………………………………………………….11 Tipos de destilación….…………………………………………………………………………12 Columnas de destilación...…………………………………………………………………..13 Noticias curiosas…..……………………………………………………………………………..14 Biografía destacada….…………………………………………………………………………17
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a destilación como tantas otras técnicas de uso en la química convencional, debe su descubrimiento a los alquimistas. Los orígenes de la alquimia pueden rastrearse en Grecia hacia el año 300 antes de Cristo, recogiendo aportaciones egipcias y babilónicas. Su mayor esplendor en la antigüedad parece haberse alcanzado en Alejandría entre los años 200-300 después de Cristo, siendo posiblemente en esta época cuando se inventa el alambique, que los historiadores atribuyen a María la Judía, Zósimo de Panópolis y su hermana Theosebeia. Hay pruebas documentales de que los trabajos de estos alquimistas llegaron a los árabes y los aparatos que utilizaban para la destilación son descritos por Marco Graco en el siglo VIII, en el que puede considerarse el primer documento histórico sobre la destilación de vinos, aunque no indica nada sobre las características del destilado obtenido.
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os diagramas de fase están muy relacionados a la ciencia de los materiales la cual surgió después de la Segunda Guerra Mundial, como respuesta a la necesidad de producir materiales con propiedades especializadas. Los primeros intentos de modificar científicamente las propiedades de la materia se remontan a principios del siglo pasado, cuando los conocimientos de cristalografía, estado sólido y física atómica convirtieron el arte de la metalurgia en ciencia. De allí parte la creación de nuevas aleaciones, como el acero, que es el resultado de la aleación de hierro y carbono en diferentes proporciones.
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Es una representación entre diferentes estados de la materia, 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.
Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento (equilibrio) Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento (compuesto) en otro. Determinar la temperatura en la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación. Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases.
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Diagrama de fase binario: Cuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de fase puede ser más compleja. Un caso particular, el más sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentración, normalmente en masa.
Diagrama de fase eutéctico: La composición eutéctica presenta el punto de solidificación más bajo de todo el sistema y por lo tanto la temperatura eutéctica es la temperatura más baja a la cual puede existir alguna porción de fase liquida. Si prosigue el enfriamiento a partir de este punto, todo el líquido que quede (que tendrá composición eutéctica) solidifica formando simultáneamente las dos posibles fases sólidas, α y β. Se da la circunstancia de que para una determinada composición existe una estabilidad asombrosa en estado líquido y por tanto se "retarda" el proceso de solidificación.
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La construcción de diagramas de fase sigue las leyes de la termodinámica. Una de esas leyes es la regla de las fases de Gibbs, que establece un criterio para definir el número de fases en equilibrio en un sistema: P: número de fases en equilibrio F: número de grados de libertad o variación C: número de componentes N - número de variables excepto las de composición (normalmente presión y temperatura) Para la mayoría de los sistemas N=2 (presión y temperatura) y en la mayoría de los procesos la presión es constante, así que N=1. Para un sistema de dos componentes (binario) esta regla queda:
Así para F = 0, se tiene que el número máximo de fases en equilíbrio en un sistema binário, es:
Por tanto, en un sistema binario cuando 3 fases están en equilibrio, el número de grados de libertad es 0 (F=0). De esta forma el equilibrio es invariante, o sea, todas las variables son fijas, por tanto
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En el diagrama anterior, el punto D se encuentra en un estado bifásico en el que coexisten una fase sólida α y otra líquida L. La composición química del sólido y líquido puede determinarse por la regla de la horizontal, trazando una horizontal que pase por el punto D y que corte las líneas de fase, determinándose Cα y CL. Si llamamos WL al tanto por uno que tenemos de masa líquida en el punto D y Wα al tanto por uno que tenemos de la masa sólida en el mismo punto, podemos determinar dichas masas mediante unas ecuaciones, aplicando lo que se conoce como regla de la palanca. C0 = Concentración del elemento A o B correspondiente al punto D. CL = Concentración del líquido correspondiente al elemento A o B. Cα = Concentración del sólido correspondiente al elemento A o B. Si utilizamos concentraciones del elemento A, las ecuaciones correspondientes a Wα y WL son:
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La separación en fases es señal clara de la falta de miscibilidad del sistema. Estas fases se pueden separar por medio de diferentes operaciones unitarias como: Tamizado: La tamización o tamizar es un método físico para separar mezclas en el cual se separan dos sólidos formados por partículas de tamaño diferente. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz o cualquier cosa con la que se pueda colar. Levigación: Es un proceso físico, que consiste en separar las partículas dependiendo de su masa y como consecuencia por su granulometría. Es un método mecánico de separación de fases del cual se pasa de una sustancia heterogénea a una sustancia homogénea. Decantación: En la decantación se separa un sólido o líquido más denso de otro fluido (líquido o gas) menos denso y que por lo tanto ocupa la parte superior de la mezcla.
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Filtración: Es el proceso unitario de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido. Evaporación: Es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. Destilación: Es la operación de separar las distintas sustancias que componen una mezcla líquida mediante vaporización y condensación selectivas. Dichas sustancias, que pueden ser componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados, se separan aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de ellas. Cristalización: Es un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante frecuencia en química para purificar una sustancia sólida.
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Es un proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación.
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Simple: Es la operación mediante la cual separamos una mezcla líquida en sus componentes, mediante un proceso de evaporación seguido de condensación. Fraccionada: consiste en sucesivos procesos de evaporación y condensación mediante el reflujo de una parte del destilado al condensador y goteo por una larga columna a una serie de placas, y al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador burbujea en el líquido de esas placas, el vapor y el líquido interaccionarán de forma que parte del agua del vapor se condensará y parte del alcohol del líquido se evaporará. Así pues, la interacción en cada placa es equivalente a una redestilación. Por Vapor: La mezcla a destilar se carga en la caldera, donde se suministra el calor necesario para llevarla a su temperatura de burbuja. En ese instante comienza la ebullición, que se mantiene mientras se va eliminando continuamente el vapor generado.
Al vacío: Es un método que permite destilar sustancias a temperaturas por debajo de su punto normal de ebullición haciendo el vacío parcial (o total) en el aparato de destilación Diferencial
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Columna Batch La alimentaci贸n a la columna es introducida por lotes. Esto es, la columna se carga con un lote y es entonces cuando se lleva a cabo el proceso de destilaci贸n. Cuando el objetivo deseado es alcanzado, se introduce el siguiente lote de alimentaci贸n
Columna Continua Recibe un flujo de alimentaci贸n continuo. No ocurren interrupciones a menos que se presenten problemas con la columna o en los alrededores de las unidades de proceso
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Investigadores han desarrollado una aleación metálica líquida que se mueve sola, lo que sin duda llama la atención. Este desarrollo se podría utilizar algún día para revisar lugares de difícil acceso, para lo cual habría que agregarle una cámara a la aleación, aunque para esto aún falta algo de tiempo. Pero bueno, la aleación en cuestión está formada mayoritariamente por galio, y también tiene indio y estaño. Hay que mencionar que el galio es un elemento que se mantiene en estado líquido a unos 30 grados Celsius, razón por la cual la aleación es líquida. Y cuando se añade la aleación en un recipiente con hidróxido de sodio o agua con sal esta comienza a moverse. Para que la aleación se mueve es necesario agregar una escama de aluminio, y entonces la gota de aleación se desplazará por si sola durante casi una hora. Los movimientos de la gota pueden ser circulares o rectos, e incluso puede circular a través de zonas muy estrechas y de complicada forma.
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Materiales basados en grafeno que pueden catalizar reacciones para la conversión y almacenamiento de energía han sido desarrollados por investigadores de la Universidad Jaume I. La tecnología, desarrollada por el Grupo de Química Organometálica y Catálisis Homogénea (QOMCAT) de la UJI, forma parte así de la llamada 'economía del hidrógeno': modelo energético alternativo en el cual la energía se almacena como hidrógeno. La tecnología patentada por la UJI combina el grafeno y los compuestos organometálicos en un único material sin alterar las propiedades más interesantes del grafeno. Permiten así catalizar reacciones para la obtención del hidrógeno a partir de alcoholes y podrían servir, además, como sistemas de almacenamiento de este gas.
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Este desarrollo nos llega desde la Universidad de Harvard, específicamente del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente, donde han desarrollado el Shrilk basándose en uno de los materiales más extraordinario de la naturaleza: la cutícula de los insectos.
La cutícula tiene como objetivo proteger a los insectos pero sin necesidad de añadirles peso, lo que la hace sumamente liviana. Sirve además para dar forma a los músculos y las alas, pero es capaz de protegerlos de ataques químicos y físicos salvaguardando su interior. Esta cutícula está formada por capas de quitina, un polímero de polisacárido y proteínas, e interacciones mecánicas y químicas entre estos componentes le brindan sus características únicas. Estas interacciones son las que han descifrado los investigadores del Wyss para crear el nuevo material, que como aclaración, su nombre proviene de la traducción de camarón al inglés, esto porque está compuesto fibroína de seda y quitina que comúnmente se extrae de las conchas de dichos crustáceos. Para que se den una idea de las propiedades del Shrilk, esté tiene la misma resistencia y durabilidad que una aleación de aluminio, pero solo la mitad de su peso. Además, al ser un producto biológico es completamente biodegradable, y como se obtiene de un producto de desecho es bastante económico. Por si esto fuera poco, también es posible moldearlo con bastante facilidad e inclusive se puede variar su rigidez.
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Josiah Willard Gibbs Josiah Willard Gibbs (11 de febrero de 1839 en New Haven: Connecticut, Estados Unidos – íd.28 de abril de 1903) fue un físicoestadounidense que contribuyó de forma destacada a la fundación teórica de la termodinámica. Estudió en la Universidad de Yale, obteniendo su doctorado en Ingeniería Mecánica en 1863 con una tesis acerca del diseño de engranajes por métodos geométricos. Cabe destacar el hecho de que fue el primer estadounidense al que se le confirió un doctorado en ingeniería.. En 1886 fue a vivir a Europa, donde permaneció tres años: París, Berlín y Heidelberg. En 1871 fue nombrado profesor de física matemática en la Universidad de Yale. Enfocó su trabajo al estudio de la Termodinámica; y profundizó asimismo la teoría del cálculo vectorial, donde paralelamente a Heaviside opera separando la parte real y la parte vectorial del producto de dos cuaternios puros, con la idea de su empleo en física; en la actualidad es en ambos campos considerado un pionero.
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