5.4: Sistemas ternarios

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 81423

Michael Adewumi
Pennsylvania State University via John A. Dutton: e-Education Institute

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

El siguiente tipo de sistema multicomponente más complejo es un sistema ternario o de tres componentes. Los sistemas ternarios se encuentran con mayor frecuencia en la práctica que los sistemas binarios. Por ejemplo, el aire a menudo se aproxima como compuesto de nitrógeno, oxígeno y argón, mientras que el gas natural seco puede aproximarse bastante crudamente como compuesto de metano, nitrógeno y dióxido de carbono. También podemos tener pseudo sistemas de 3 componentes, que consisten en sistemas multicomponentes (más de 3 componentes) que pueden describirse agrupando todos los componentes en 3 grupos, o pseudo-componentes. En este caso, cada grupo es tratado como un solo componente. _{Por ejemplo, en la inyección de CO ₂ en un depósito de petróleo, CO ₂, _C1 y C2 a menudo se agrupan en un solo pseudo-componente ligero, mientras que C ₃ a C ₆ forman el pseudo-componente intermedio, y los otros (C ₈₊) están agrupados} juntos en un solo pseudo-componente pesado.

Intuitivamente, tener más de dos componentes plantea un problema cuando se desea una representación pictórica. Una gráfica de coordenadas rectangular, que tenga solo dos ejes, ya no será suficiente. Gibbs propuso por primera vez el uso de un sistema de coordenadas triangulares. En los tiempos modernos, utilizamos un triángulo equilátero para tal representación. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra un ejemplo de un diagrama de fases ternario. Obsérvese que la relación entre las concentraciones de los componentes es más compleja que la de los sistemas binarios.

Blank_ternary_plot.svg.png — Figura\(\PageIndex{1}\): Representación Triangular de Tres Componentes (es decir, 'papel gráfico en blanco' para un diagrama ternario/diagrama de fases), con etiquetas de eje perpendiculares a cada eje de trazado para facilitar el trazado y la comprensión. Las flechas paralelas a cada lado indican la dirección de incremento para cada una de las tres dimensiones. (CC BY-SA 4.0; Smith609 vía Wikipedia)

Cualquier punto dentro de este triángulo representa la composición general de un sistema ternario a una temperatura y presión fijas.
Por convención, el componente más ligero (L) se encuentra en el vértice o la parte superior del triángulo. Los componentes pesado (H) y medio (M) se colocan en la esquina izquierda y derecha, respectivamente.
Cada rincón representa una condición pura. De ahí que en la parte superior tenemos 100% L, y en cada lado, 100% H y 100% M, respectivamente.
Cada lado del triángulo representa todas las combinaciones binarias posibles de los tres componentes.
En cualquiera de esos lados, la fracción del tercer componente es cero (0%).
A medida que se mueve de un lado (0%) a la condición 100% o pura, la composición del componente dado va aumentando gradual y proporcionalmente. En el centro mismo del triángulo, encontramos 33.33% de cada uno de los componentes.

Para diferenciar dentro de la región bifásica y la región monofásica en el diagrama ternario, se debe fijar la presión y la temperatura. Habrá diferentes envolventes (curvas binodales) a diferentes presiones y temperaturas. La curva binodal es el límite entre la condición bifásica y la condición monofásica. Dentro de la curva binodal o envolvente de fase, prevalece la condición bifásica. Si seguimos la convención dada anteriormente (luces en la parte superior, pesados y medios a los lados), la región bifásica se encontrará en la parte superior. Esto se puede ver más claramente en la Figura\(\PageIndex{2}\).

Ver texto arriba y abajo de la imagen — Figura\(\PageIndex{2}\): Diagrama de fases ternarias para un sistema ternario. (Cortesía de ©LOMIC, INC)

La curva binodal está formada por la curva de punto de burbuja y la curva de punto de rocío, ambas se encuentran en el punto de trenzado. Este es el punto en el que la composición líquida y de vapor son idénticas (se asemeja al punto crítico que estudiamos antes). Dentro de la región bifásica, las líneas de unión son líneas rectas que conectan las composiciones de la fase vapor y líquida en equilibrio (punto de burbuja con el punto de rocío). Estas líneas de amarre se inclinan hacia la esquina de componente medio. También se puede reconocer que cualquier mezcla en una línea de unión tiene las mismas composiciones líquidas y de vapor.

Finalmente, para encontrar la proporción de líquido y vapor en cualquier punto de la línea de unión, aplicamos la regla de palanca.