Comportamiento crítico de mezclas binarias cuadrupolares a partir de modelos de interacción molecular

Abstract

El objetivo de este trabajo es el estudio de los fenómenos críticos que ocurren en una mezcla binaria, esto es un sistema compuesto por dos especies moleculares, representada por un modelo particular de interacción. Este modelo se basa en suponer a las moléculas como esferas impenetrables e indeformables (esferas duras), las cuales tienen asociado un momento cuadrupolar permanente y que son pasibles de polarizarse debido al campo eléctrico cuadrupolar. A la interacción esféricamente simétrica de esferas duras se le suma un potencial de Lennard-Jones, el cual tendría en cuenta la interacción electrostática repulsiva debido a la superposición, a cortas distancias, de las nubes electrónicas, y las fuerzas dispersivas debidas a la interacción atractiva de los dipolos eléctricos instantáneos producidos por las fluctuaciones de la distribución electrónica alrededor de los núcleos. A diferencia de los fluidos puros, donde existe un único punto crítico gas-líquido, las mezclas binarias exhiben curvas de puntos críticos debido a los grados de libertad extra introducidos por la posibilidad de variar las proporciones de las componentes. La originalidad de este trabajo reside en el cálculo de las curvas críticas del sistema representado por el modelo mencionado, la descripción de las mismas, su clasificación según los diferentes tipos de comportamiento observados experimentalmente y el estudio teórico de algunas mezclas reales; además, la introducción de la interacción de Lennard-Jones como una parte del potencial perturbativo al sistema de esferas duras en el estudio de fluidos puros es generalizada, como se verá, al caso de mezclas binarias. Con el fin de obtener el comportamiento crítico antes mencionado, se aplica al modelo la teoría de perturbaciones, la cual fue desarrollada en el marco de la Mecánica Estadística y de la Termodinámica. Tomándose como sistema de referencia a las esferas duras, se pueden calcular las contribuciones de los términos de energía potencial restantes a la energía libre de Helmholtz, con la que se obtienen las variables termodinámicas de interés que describen el estado del sistema.