Transporte de masa a través de una frontera de fase (sólido–líquido, líquido–gas, líquido–líquido o sólido–gas) impulsados por diferencias de concentración, presión parcial o potencial químico, donde la región interfacial y su equilibrio local o cinética controlan el flujo neto entre fases.

Principio

El flujo interfacial neto es el producto de un potencial conductor (diferencia de concentración, fugacidad o potencial químico entre fases adyacentes o entre el volumen y la interfaz) y una conductancia interfacial (coeficiente de transferencia de masa); si existe equilibrio local, las concentraciones en la interfaz se relacionan por leyes de equilibrio, en caso contrario la resistencia cinética en la interfaz modifica el flujo independientemente del transporte en el volumen.

Demostración

Escenario ilustrativo — Absorción de gas en un líquido agitado: La concentración de gas en la fase gaseosa fija la presión parcial de superficie; la ley de Henry relaciona la concentración superficial en el líquido si se supone equilibrio local (Reconocimiento). Una capa límite de concentración en el líquido frena el transporte desde el volumen hasta la interfaz; si el agitado aumenta, la capa límite se adelgaza y la tasa de absorción aumenta (Acción). La captación observada depende tanto del equilibrio/cinética interfacial como de la difusión en la capa límite (Consecuencia).

Aplicación incorrecta

Usar las concentraciones de las fases a granel o las presiones parciales como si fuesen iguales a las concentraciones en la interfaz (por ejemplo introduciendo la concentración a granel en una relación de equilibrio) cuando existen resistencias de capa límite o cinética interfacial finita; esto descuida las resistencias en serie y sobreestima las tasas de transferencia.

Consecuencia

Juzgar mal el control interfacial conduce a un diseño incorrecto de equipos de transferencia de masa (columnas de absorción, stripping, extracción), uso ineficiente de disolventes, dimensionamiento inadecuado de contactores o incapacidad para cumplir especificaciones de separación en condiciones de operación.

Inversión

Cuando la turbulencia o la agitación activa elimina las capas límite tan rápidamente que el volumen y la interfaz se equilibran en la escala temporal de interés, la resistencia interfacial se vuelve despreciable y el transporte a granel controla; alternativamente, cuando reacciones interfaciales rápidas consumen la especie inmediatamente en la superficie, fallan las hipótesis de equilibrio y son necesarios modelos limitados por reacción.

Límite

Dentro de la definición: absorción gas–líquido con capas límite relevantes, extracción líquido–líquido donde la resistencia interfacial limita la velocidad, adsorción en superficies sólidas con cinética finita. Caso límite: agitación lenta donde cinética de interfaz y difusión a granel contribuyen por igual. Fuera de la definición: difusión homogénea en el volumen sin frontera de fase o reactor bien mezclado con fases miscibles y sin interfaz persistente.

Tensión semántica

Suposición de equilibrio versus limitación cinética: elegir un modelo de equilibrio simplifica el análisis pero puede ignorar cinética interfacial finita o resistencias de capa límite; la elección correcta depende de las escalas temporales, el mezclado y las reacciones en la interfaz.

Síntesis

La evaluación práctica requiere separar resistencias en serie (película gaseosa, interfaz, película líquida, volumen) y determinar cuál controla la velocidad; las decisiones de diseño y escalado se basan en si domina la cinética interfacial, la difusión en las películas o el mezclado a granel bajo condiciones operativas.