Informe de Regla de Fases

Regla de fases-Fisicoquímica

1

ÍNDICE

I. TABLA DE CONTEDIDO………………………………………………………..2

II. RESUMEN………………………………………………………………………...3

III. PRINCIPIOS TEÓRICOS…………………………………………………………4

IV. DETALLES EXPERIMENTALES……………………..………………………...7 EXPERIMENTALES……………………..………………………...7

V. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS………………………………..…………8 RESULTADOS………………………………..…………8

VI. EJEMPLOS DE CÁLCULOS……………………………………….…………….15

VII.ANALISIS Y DISCUSIÓN DISCUSIÓN DE RESULTADOS……..………………………….19

VIII.CONCLUCIONES…………………………………………...………...…......…20

IX. RECOMENDACIONES…………………………………………………….…….21

X. BILIOGRAFIÁ…………………………………………………………………….22

XI. APEDNICE………………………………………………..………………………23


2

El objetivo del presente laboratorio es determinar de forma experimental el diagrama de fases y las curvas de enfriamiento de una mezcla binaria (naftaleno y p- diclorobenceno), cuyos componentes no se combinan químicamente, no son miscibles en estado líquido; pero, son solubles en estado líquido. Se trabajó con las siguientes condiciones de laboratorio: 22ºC de temperatura, 756 mmHg de presión y con un 90 % de humedad relativa. El resultado de ésta experiencia nos muestra muestr a la relación entre el número de componentes, el número de fases y el grado de libertad, libert ad, de un sistema binario que se encuentra en equilibrio. La temperatura en el punto eutéctico calculado es 30°C. Gráficamente hallamos para el punto de eutéctico las siguientes si guientes fracciones molares; Xa: 0.4 y Xb: 0.6. Así mismo se procede al cálculo de los valores de los calores latentes latente s de fusión con sus respectivos porcentajes de error, los cuales fueron: 0.006 para el naftaleno y 0.2 para el pdiclorobenceno. El grado de libertad calculado para el punto eutéctico eutécti co es cero. Finalmente podemos concluir que existe un punto máximo en donde se observa la más baja temperatura de fusión de las mezclas; después de está temperatura pasa a solidificarse.


3

3.1.-Factores de la regla de fases:

Se sabe que un sistema, es cualquier conjunto de materia que escogemos para enfocar nuestra atención. El recipiente y cualquier otro objeto en contacto con c on el sistema, se llama lla ma sistema limitante. Una fase es sistema o una parte de este, enteramente uniforme en composición química y propiedades físicas, que se encuentra separada por superficies definidas de las otras partes homogéneas del sistema. Constituyen una simple fase un gas o una mezcla gaseosa, un solución liquida o una solución solida, pero forman dos fases un sistema que está formado de agua líquida y pedazos de hielo sin fase vapor, pues si tuviera vapor estaría constituido de tres fases. También constituyen dos fases dos capas liquidas saturadas mutuamente, tal como agua y éter o un sistema de dos líquidos inmiscibles. Cada sustancia pura cristalina es una fase separada, constituyendo consti tuyendo dos fases una mezcla de azufre rómbico y monolítico. Por el termino de numero de fases, designado por”P” de la inicial”phases” inicial”phases” en inglés, se entiende el número de las diferentes fases de un sistema en consideración. Los componentes de un sistema son los constituyentes independientes con los cuales se puede construir el sistema en estudio. El número de componentes designado por “C”, es el número más pequeño de sustancias químicas del sistema sist ema y sustrayendo de elles el número de relaciones cuantitativas entre las concentraciones de las diferentes sustancias. Los grados de libertad de un sistema son las propiedades intensivas como la presión, temperatura y la concentraciones de las diferentes fases, que se deben especificar para definir el estado de un sistema y fijar todas sus propiedades. El número de grados de libertad que se designa por “F” representa el número de propiedades intensivas que se pueden alterar en forma independiente y arbitraria, sin causar la desaparición de una fase fas e o la aparición de otra nueva. Para de describir el estado de un gas, basta con especificar V y P, V y T o P y T, porque la tercera variable se puede calcular por la ecuación de estado es tado del gas ideal. Por consiguiente, un simple gas tiene dos grados de libertad li bertad (F=2), que también ocurre con un líquido puro o un sólido. Pero en el caso de un líquido con su vapor, el estado del sistema se puede especificar dando solamente la temperatura o la presión, desde que por tratarse de un equilibrio del líquido con su vapor saturado, hay una sola presión para cada temperatura o una temperatura para cada presión, a la cual las dos fases existen en equilibrio (F=1).si existen tres fases de un sistema de un sistema de un componente, ni la temperatura o la presión se pueden variar sin causar la desaparición de la de una fase, por lo cual F=0. Esto ocurre en el punto triple. Si hubieran dos componentes y una única fase, es decir una solución binaria, se puede variar la temperatura, presión y composición, por lo cual F=3. Para especificarla composición de una solución binaria basta con especificar la fracción molar de una de las dos sustancias, pues la fracción molar de la otra se conoce por la diferencia de la unidad. La regla de fases fue propuesta inicialmente por williard Gibbs en 1876 establece la Regla de fases-Fisicoquímica

4

relación entre el número de componentes C, el número de grados libertad F y el número de fases P de un sistema que se encuentra en equilibrio. F+P=C+2 Para derivar esta Regla, se s e considera un sistema en equilibrio que consiste de P fases y C componentes. Si una de estas fases contiene C componentes, co mponentes, se determina su composición conociendo (C-1) concentraciones, y para el sistema entero serán s erán (C-1) P concentraciones. Como por lo general se deben considerar además la temperatura te mperatura y la presión, el número total de variables independientes es: (C-1) P+2. Hay en este sistema P fases, pero solamente (P-1) relaciones de equilibrio para cada componente. Por ejemplo, si existen dos fases, hay solo una relación de equilibrio equil ibrio para cada componente. En el sistema entero se presentaran C (P-1) relaciones de equilibrio. Ahora bien, los grados de libertad F que posee el sistema sis tema en consideración serán igual al número de variables independientes menos el número total de equilibrios. F=[(C-1)P+2]-C(P-1) F=CP-P+2-CP+C F=C-P+2 Cuanto más grande es el número de componentes de un sistema, siste ma, mayor será el número de grados de libertad. Cuanto más grande es el número de fases, menor me nor es el número de variables independientes. El número de grados de libertad de un equilibrio químico se encuentra en relación re lación estrecha con la Ley de Acción de Masas. 3.2.-Sistema solido-liquido

El caso que se llevara en el laboratorio es: 3.2.1.-Los componentes no se combinan químicamente y no son miscibles en estado sólido:

Si se enfría una mezcla liquida li quida de dos componentes similares A y B, comienza a separarse separ arse solido a una temperatura definida, la del punto de solidificación, solidifi cación, que depende de la composición de la mezcla. En la figura los puntos A y B son los puntos de solidificación de los componentes puros. La adición de B a A desciende el punto de solidificación solidific ación a lo largo de la curva AC; y análogamente, el agregado de A a B desciende el punto de congelación del último a lo largo de la curva BC. Si la composición de la mezcla y el punto de solidificación corresponden a la curva primera, el sólido que se deposita es A puro que hace el papel solvente. Cosa análoga ocurre con la otra curva. De aquí se puede considerar que las curvas AC y BC representan las condiciones de temperatura según las cuales se encuentra en equilibrio fases liquidas de diversas composiciones, con la fase solida A o la fase solida B, respectivamente.


5

En el punto C, en el cual se encuentran las curvas AC y BC, los dos sólidos A y B están en equilibrio con la fase liquida. Hay 3 fases y 2 componentes, luego habrá 1solo grado de libertad que es la temperatura, al fijarse arbitrariamente la presión a 1 atm. El punto C se llama el punto eutéctico y representa la temperatura más baja a la l a cual puede fundir una mezcla de los sólidos A y B, con una determinada composición. Permite la posibilidad de la existencia más fácil de la fase liquida para el sistema de dos líquidos. Lo que se deposita al estado sólido en el punto eutéctico, es llamada l lamada mezcla heterogenia de dos fases separadas, constituida cada una por microcristales de A y B que se pueden distinguir al microscopio. Si la temperatura del sistema que se enfría se representa gráficamente en función del tiempo, comenzando con la mezcla al estado líquido, se obtiene la curva de enfriamiento. 3.2.2.-Diagrama 3.2.2.-Diagrama de fases:

El diagrama de fases de un sistema s istema binario se obtiene graficando la temperatura temperat ura de solidificación vs la fracción molar, utilizando los datos de las curvas de enfriamiento de las mezclas de composiciones diferentes. La relación rel ación entre solubilidad y el punto de congelación de un componente en una mezcla binaria, está dada por: d(ln x )=(∆H/〖RT〗^2 )dT Para el sistema a estudiar, la variación del calor latente de fusión según la temperatura absoluta T, para los componentes puros está dada por las siguientes si guientes ecuaciones: 〖p-C〗_6 H_4 〖Cl〗_2: ∆H_B=-10250+94.07*T-0.1511T^2 cal/mol

C_10 H_8: ∆H_A=4265 -26.31T+0.1525T^2-0.000214T^3 cal/mol

Para luego calcular la fracción molar en cualquier punto, se puede integrar las ecuaciones anteriores y reemplazar el calor latente de fusión, obteniéndose para este sistema: log 〖X_B=2239.9/T+47.343*log T-0.03302*T-115.0924〗 log 〖X_A=-932.03/T-13.241*log T+0.03302*T-2.3382*〖10〗^(-5)*T^2+27.5264〗


6

Determinación del diagrama de fases:

Para poder determinar el diagrama de fases se siguieron los siguientes pasos: Primero se seleccionó unos unos 8 tubos en orden decreciente de su temperatura de fusión. Luego en un vaso de 600mL 600mL con agua caliente de caño y se colocó el tubo cuyo punto punto de fusión es el más alto (con el tapón ligeramente suelto), hasta que la muestra se funda completamente. Inmediatamente Inmediatamente después se sumergió dentro del tubo el agitador metálico pequeño y el termómetro. Asimismo se sumergió el tubo con la muestra fundida en otro vaso de 600mL que contiene agua de caño que se encuentra de 2 a 3 °C ° C por encima del punto de función de la muestra, se agitó lentamente y en forma constante hasta que se formen los primeros cristales, se midió la temperatura. Y se realizó este procedimiento en la campana extractora. En seguida se procedió en forma similar con los demás d emás tubos de la set, de acuerdo a cuerdo al orden decreciente del punto de cristalización, cristaliz ación, teniendo en consideración que tanto el agitador como el termómetro. Determinar de las Curvas de Enfriamiento

Se seleccionó un tubo que contenga un componente y se colocó el tubo en un baño a una temperatura inicial mayor entre 5 y 8°C a la de cristalización de dicho dicho tubo. Se tomó el dato de temperatura cada 10 segundos, segundos, hasta obtener por lo menos 6 valores valores constantes, se mantuvo una agitación constante durante el proceso, luego se seleccionó otro tubo que contenga dos componentes y en forma similar se hizo hiz o con los siete tubos diferentes restantes.


7

a) mediante la composición de cada muestra, calcule la fracción molar experimental de cada componente en cada muestra. A la vez calcular la fracción molar teórica teóri ca con los datos de la tabla: A: Naftaleno. B: p-Diclorobenceno. a.1) solo se analiza para el p-diclorbenceno. Para el tubo 1:

Experimental:

hay un solo componente, el p-Diclorobenceno (B). T=54.2°C=327.2°K

log 〖X_B=2239.9/T+47.343*log T-0.03302*T-115.0924〗 log 〖X_B=0.0079 → 〗 X_B=1.0184 ; X_A=0.0 Teórico:

T=54°C=327°K

#moles (p-diclorobenceno)=1.0 mol #moles (naftaleno)=0.0 mol X_A= 0.0; X_B=1.0 Porcentaje de error: %ERROR=|(1-1.0184)/1|*100%=1.84% Para el tubo 2:

Experimental:

T=47°C =320°K

log 〖X_B=2239.9/T+47.343*log T-0.03302*T-115.0924〗 log 〖X_B=-0.0578 →〗 X_B=0.8754 ; X_A=0.1246 Teórico: T=47°C=320°K


8

#moles (p-diclorobenceno)=0.0850 #moles (naftaleno)=0.0117 X_A= 0.1220 ; X_B=0.8790 Porcentaje de error: %ERROR=|(0.8790-0.8754)/0.8790|*100%=0.41% Para el tubo 3:

Experimental:

T=43.3°C =316.3°K

log 〖X_B=2239.9/T+47.343*log T-0.03302*T-115.0924〗 log 〖X_B=-0.0929 →〗 X_B=0.8074 ; X_A=0.1926 Teórico: T=43°C =316°K #moles (p-diclorobenceno)=0.0850 #moles (naftaleno)=0.0195 X_A=0.1868; X_B=0.8132 Porcentaje de error: %ERROR=|(0.8132-0.8074)/0.8132|*100%=0.71% Para el tubo 4:

Experimental: T=32.2°C =305.2°K log 〖X_B=2239.9/T+47.343*log T-0.03302*T-115.0924〗 log 〖X_B=-0.2033 →〗 X_B=0.6262 ; X_A=0.3738 Teórico: T=32°C =305°K #moles (p-diclorobenceno)=0.0850 #moles (naftaleno)=0.0469


9

X_A=0.3554; X_B=0.6446 Porcentaje de error: %ERROR=|(0.6446-0.6262)/0.6446|*100%=2.85% a.2) solo se analiza para el Naftaleno (A). Para el tubo 5:

Experimental:

T=48°C =321°K

log 〖X_A=-932.03/T-13.241*log T+0.03302*T-2.3382*〖10〗^(-5)*T^2+27.5264〗 log 〖X_A=-0.3756 →〗 X_A=0.4211 ; X_B=0.5789 Teórico:

T=48°C =321°K

#moles (p-diclorobenceno)=0.0680 #moles (naftaleno)=0.0781 X_A=0.5347; X_B=0.4653 Porcentaje de error:

%ERROR=|(0.5347-0.4211)/0.5347|*100%=21% Para el tubo 6:

Experimental:

T=58.2°C =331.2°K

log 〖X_A=-932.03/T-13.241*log T+0.03302*T-2.3382*〖10〗^(-5)*T^2+27.5264〗 log 〖X_A=-0.2848 →〗 X_A=0.5190 ; X_B=0.4810 Teórico: T=58°C =331°K #moles (p-diclorobenceno)=0.0476 #moles (naftaleno)=0.0977 X_A=0.6722; X_B=0.3278


10

Porcentaje de error: %ERROR=|(0.6722-0.5190)/0.6722|*100%=22% Para el tubo 7:

Experimental: T=72°C =345°K log 〖X_A=-932.03/T-13.241*log T+0.03302*T-2.3382*〖10〗^(-5)*T^2+27.5264〗 log 〖X_A=-0.1695 →〗 X_A=0.6769 ; X_B=0.3231 Teórico: T=72°C=345°K #moles (p-diclorobenceno)=0.0204 #moles (naftaleno)=0.1172 X_A=0.8517; X_B=1483 Porcentaje de error: %ERROR=|(0.8517-0.6769)/0.8517|*100%=20.5% Para el tubo 8: hay un solo componente, el Naftaleno (A). Experimental:

T=80.4°C =353.4°K

log 〖X_A=-932.03/T-13.241*log T+0.03302*T-2.3382*〖10〗^(-5)*T^2+27.5264〗 log 〖X_A=-0.1035 →〗 X_A=0.7880 ; X_B=0.2120 Teórico: T=80°C=353°K #moles (p-diclorobenceno)=0.0 #moles (naftaleno)=0.1172 X_A=1.0; X_B=0.0 Porcentaje de error: %ERROR=|(1.0-0.7880)/1|*100%=21.2%


11

b) Con los datos de a) y las temperaturas te mperaturas obtenidas para cada fracción molar hacer el diagrama de fases, y analícelo. En el grafico grafico 1 y 2, que se encuentra en el apéndice apéndice representamos el DIAGRAMA DE FASES utilizando como datos (temperatura experimental de solidificación vs. la fracción molar de los compuestos). Se colocan los puntos coordenados, obteniéndose dos curvas que al prolongarse dan como intersección el punto eutéctico, representado por (PE). Después de la intersección en la gráfica se observa diversas fases, el área superior (A PE B) representa una fase liquida, donde se aprecia apreci a que los componentes son solubles. En esta fase calculamos F por la regla r egla de fases F + P = C + 1, para lo cual P es 1 fase fa se y C son 2 componentes, reemplazando se obtiene: F = 2-1+1=2, esta respuesta indica que para definir un punto en dicha fase se necesitan como mínimo dos parámetros (temperatura (t emperatura y Fracción molar). A lo largo de A PE el naftaleno cristaliza y a lo largo de B PE, el P-diclorobenceno se cristaliza. El área por debajo de A PE representa una fase fas e liquida y una sólida de naftaleno; por consiguiente el área por debajo de B PE representa una fase liquida y una sólida de pdiclorobenceno; luego F = 2-2+1=1 por lo que para definir un punto se necesita la temperatura o su composición, ubicándose sobre la línea B PE o también a lo largo de A PE. Finalmente el área por debajo de la temperatura eutéctica es un área de dos fases, en la cual existen p-diclorobenceno sólido y naftaleno sólido, observándose que están separados lo cual indica que estas sustancias en estado sólido no son miscibles. c) Construya la curva de enfriamiento del componente puro y de la mezcla elegida. Está en el apéndice. d) Del diagrama de fases, determine gráficamente el punto eutéctico, igualmente determine la composición y la temperatura en dicho punto: Para el punto eutéctico: Escriba aquí la ecuación.


12

Para la fracción molar del naftaleno: Escriba aquí la ecuación. Para la fracción molar del p-diclorobenceno: Escriba aquí la ecuación. e) calcule el calor latente de fusión de los componentes puros e sus puntos de fusión observados. Calcule los valores teóricos correspondientes: Para el p-diclorobenceno: 〖p-C〗_6 H_4 〖Cl〗 _2: ∆H_B=-10250+94.07*T-0.1511T^2 cal/mol Experimental: T=54.2°C=327.2°K ∆H_B=-10250+94.07*327.2-0.1511〖*327.2 〗^2=4352.96 cal/mol

Teórico:T=54°C=327°K ∆H_B=-10250+94.07*327-0.1511〖*327〗^2=4353.90 cal/mol

Porcentaje de error: %ERROR=|(4353.90-4352.96)/4353.96|*100%=0.21% Para el naftaleno: C_10 H_8: ∆H_A=4265-26.31T+0.1525T^2-0.000214T^3 cal/mol Experimental: T=80.4°C =353.4°K ∆H_A=4265-26.31*353.4+0.1525〖*353.4〗^2-0.000214〖*353.4〗^3 =4567.78

cal/mol Teórico: T=80°C=353°K ∆H_A=4265-26.31*353+0.1525〖*353〗^2-0.000214〖*353〗^3 =4567.23 cal/mol

Porcentaje de error: %ERROR=|(4567.23-4567.78)/4567.23|*100%=0.012% f) determine el número de grados de libertad en el punto eutéctico usando la ecuación (2). f.1) En el caso del punto eutéctico el número de grados de libertad está dado por: F+P=C+1


13

Donde F: el número de grados de libertad. P: el número de fases del sistema, es igual a 3, C: el número de componentes en la mezcla, es igual a 2. F=2-3+1=0 f.2) En el caso de otro punto diferente al punto eutéctico el número de grados de libertad para un sistema binario en general está est á dado por: F+P=C+1 F: el número de grados de libertad. P: el número de fases del sistema, es igual a 1. C: el número de componentes de la mezcla, es igual a 2. F=2-1+1=2


14

a) Mediante la composición de cada una de las mezclas, calcule la fracción molar experimental de cada componente en cada mezcla. Hallamos el número de moles de cada componente y el número de moles totales t otales na = 15/128 = 0.117mol/g n

W 

M

nb = 3/147 = 0.020mol/g nt = na + nb = 0.137 Hallamos las fracciones molares Xa = 0.117/0.137 = 0.85

X i

Xb = 0.02/0.137 = 0.15



ni nt

b) Del diagrama de fases, determine el punto Eutéctico, igualmente determine la temperatura y la composición de dicho punto. El punto Eutéctico se halla a la Temperatura de 32°C La composición es: De C10H8 es de

:

0.35

(fracción molar)

De p-C6H4Cl2 es de

:

0.65

(fracción molar)

c) Mediante la Ecuación (7) calcular la solubilidad del Naftaleno, fracción molar teórica en la mezcla, para el rango de las temperaturas observadas, entre el punto de cristalización del Naftaleno y el punto Eutéctico. Naftaleno (C10H8) LogX A

T (K)



932.03

T

5

 13.241 LogT  0.03332  T  2.33882  10

2

 T  27.5264

Para 48°C = 321K

Log (XA) = – 932.03/(321) – 13.241xlog (321) + 0.03332 (321) – 2.3382*10-5(321) + 27.5264


X A = 0.28

15

Para 58°C = 331K

X A = 0.43

Para 72°C = 345K

XA = 0.07

Para 80ºC =353K

X A = 0.0014 Para 32°C = 305K

X A = 0.44

d) Repita el cálculo anterior para el p-diclorobenceno para el rango de temperaturas desde el punto de cristalización hasta el punto Eutéctico mediante la ecuación (6) p- diclorobenceno (C 6H4Cl2) LogX B



2239.9

T

 47.343  LogT  0.03302  T  115.0924

T(K)

Para 54°C = 327K LogXB = 2239.9/327 + 47.343xLog327 47.343xLog327 – 0.03302x327 – 115.0924 XB = 0.0061 Para 47°C = 320K Para 32 = 305K

XB = 0.06

Para 43 = 316K

XB = 0.10

X B = 0.21

e) Calcule el calor latente de fusión de los componentes puros en sus puntos de fusión observados. calcular también los valores teóricos correspondientes. Para el p-C6H4Cl2 EXPERIMENTAL  H  10250  94.07T  0.1511T

2

 H  10250  94.07  325.5  0.1511  325.5

2

 H  4360.70cal / mol

Temp.= 52.5°C = 325.5K

Para el C10H8 EXPERIMENTEAL  H  4265  26.31T  0.1525T

2

 0.000214T

 H  4265  26.31  345.2  0.1525  345.2

2

3

 0.000214  345.2

3

 H  4552.24cal / mol

Temp.= 72.2°C =345.2K f) Determine el número de grados de libertad en el punto eutéctico usando las ecuaciones 1 y 2

Ecuación 1: Regla de fases-Fisicoquímica

16

F+P=C+2 Ecuación 2: F+P=C+1 Donde: F = # de grados de libertad P = # de fases C = # de componentes Se sabe que: En el punto eutéctico coexisten 3 fases, 2 componentes; y el grado de libertad es: F+P=C+1 F +3 = 2+ 1 F=0 g) Compare los valores teóricos con los valores experimentales:

Entonces: Calculando el %Error para las fracciones molares % ER ERRO ROR R 

% ER ERRO ROR R 

V TEORICO

 V EXPERIME NT AL

V TEORICO 1  0.65

p-C6H4Cl2

 100

* 100

1

% ER ERRO ROR R  35 %

Calculando el el % Error Error de C10H8:

ERROR ROR  % ER % ER ERROR ROR 

VALORTEORI CO  VALOREXPER IME NTAL VALORTEORI CO 0.49  0.35 0.49

 100

 100

ERROR ROR  28.6% % ER Calculando el % Error para las temperaturas en el punto eutéctico: ERROR ROR  % ER ERROR ROR  % ER

VALORTEORI CO  VALOREXPER IMNTA L VALORTEORI CO 27.9  32 27.9

 100

 100

ERROR ROR  14.7% % ER


17

En casi todos los cálculos el error es mínimo ya que los resultados tanto teóricos como prácticos son casi cercanos. Sobre todo en el cálculo de las fracciones molares de los primeros tubos que muestran un error menor al 1.0%. La gráfica del diagrama de fases muestra las curvas no tan inclinadas ya que las fracciones molares son muy cercanas para ambas sustancias. Podemos ver del grafico que mientras la temperatura varia de forma directa para la fracción molar de una de las sustancias, la misma temperatura varia de forma inversa para la fracción molar de la otra sustancia. En las curvas de enfriamiento se observa que la temperatura desciende a medida que el tiempo transcurre. Esto se debe a que las sustancias (en el caso de los l os tubos 1 y 8) se están solidificando o enfriando conforme al tiempo. Los errores tanto porcentuales como al realizar realiz ar los cálculos dependieron de la temperatura que se ha ido tomando para cada tiempo, esto quiere decir nuestros resultados dependerán tanto de la temperatura y del tiempo ti empo que se marca a cada temperatura y sobre todo a la que cristaliza. Podemos también ver del grafico que la temperatura de cristalización de la mezcla se encuentra casi a la misma altura del punto eutéctico de la gráfica. En el cálculo de las fracciones molares podemos ver que mientras una disminuye la fracción molar de la otra sustancia s ustancia va aumentando ya que ambas tienen que sumar la unidad. Como las fracciones molares están muy cerca para cada sustancia, se tomó solo las fracciones molares que nos muestren los puntos más resaltantes, ya que no sería necesario necesa rio tomar puntos que se encuentran muy cerca, porque al final lo que interesa es la prolongación de la curva y encontrar el punto eutéctico.


18



Se pudo conocer la representación gráfica entre dos sustancias en la Regla de Fases, con la temperatura de cristalización tanto emperica como teórica.



La curva de enfriamiento tiene la forma de una recta con pendiente negativa, ya que a medida que pasa el tiempo la temperatura de los tubos 1 y 8 van disminuyendo. disminu yendo.



El punto de solidificación depende de la composición de la mezcla.



El número de grados de libertad en el punto eutéctico es cero ya que el número de fases en esta igual a tres. Además tiene una temperatura casi igual a la temperatura de solidificación o cristalización



Esta práctica nos permite ver como se aplica este método para saber a qué temperatura se solidificara una aleación o en otro tipo de sustancias.



Toda mezcla de sustancias por debajo del punto eutéctico es sólida para ambas sustancias, y además las sustancias no son miscibles.



El punto eutéctico nos representó la temperatura más baja a la que se pudo fundir la mezcla con una determinada composición, en este caso cas o las condiciones a la que se da este punto son contantes.



Podemos ver también la relación directa que hay entre los grados de libertad y la cantidad de componentes que hay en la mezcla.


19



Cada alumno antes de utilizar los respectivos instrumentos deben revisar que que estén completos y en buen estado.



Seguir detalladamente los pasos que se indican en la guía de prácticas para poder obtener los resultados deseados.



Escuchar todo lo indicado por el profesor para no no tener ningún accidente o error en los cálculos.



Cada sustancia químicamente pura tiene su propio diagrama de fases. fases .



El diagrama de fases nos muestra con datos experimentales que los estados de agregación de la materia dependen de la presión y la temperatura.



La línea en el diagrama de fases lo divide en regiones definidas, como sólido, líquido y líquido más sólido.



El punto eutéctico representa la temperatura más baja a la cual puede fundirse una mezcla de sólidos de una determinada composición.



En el punto eutéctico se permite la posibilidad de la existencia más fácil de la fase líquida para el sistema de dos sólidos. Lo que deposita al estado sólido en el punto eutéctico, es una mezcla heterogénea de dos fases separadas.



En el punto eutéctico, los grados de libertad del sistema, es cero, por estar en equilibrio tres fases.



Cuanto más grande es el número de componentes e u sistema mayor es el número de grados de libertad.



En la curva de enfriamiento de mezcla de composición definida, es posible obtener el punto de solidificación y su temperatura eutéctica.


20

WHITTEN, Kennet et al. “Química General “Tercera edición.

McGraw-Hill Interamericana de México, S.A.México, 1992.Pág. 23-24, 270 SEARS, Francis Francis et al. “Física Universitaria”. Universitaria”. Sexta edición edición

Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. EE.UU. 1988Pág. 287 - 288, 294 - 295 CASTELLAN, CASTELLAN, Gilbert. “Fisicoquímica"

CHANG RAYMOND. “Fisicoquímica" Ediciones Continental.

DANIELS & ALBERTY. "Fisicoquímica" Ediciones CECSA, 1986.

LEVINE, Ira. "Fisicoquímica 1 - 2" Ediciones Mc Graw Hill, 1996.

MARON & LANDO "Fisicoquímica Fundamental" Ediciones Limusa, 1980. http://es.wikipedia.org/wiki/Regla_de_las_fases_de_Gibbs http://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica1/gibbs.htm http://www.unedcervera.com/c3900038/ciencia_materiales/diagramas_fases.html


21

1.- ¿Qué es un diagrama de fases? ¿Cuál es su importancia?

La regla de fases es una guía útil para correlacionar las relaciones entre las fases que pueden existir en un sistema dado, y predecir el número de las mismas. Sin embargo, en lo que respecta a la naturaleza física y química de esas fases y a sus relaciones cuantitativas con determinadas variables en intervalos definidos de condiciones, hay que recurrir recurri r a la experimentación. Por ejemplo, para una sola sustancia pura, como un sistema sist ema de un componente, para cualquier intervalo especificado de presión pueden coexistir dos fases en equilibrio si no se especifican arbitrariamente las condiciones a que tienen que que sujetarse la temperatura, ya que P=3 – 1 = 2. Pero la regla no dice a qué temperaturas especiales las dos fases serán vapor-líquido, líquido- sólido o sólido- vapor. Por otra parte, en el caso de dos líquidos parcialmente miscibles, pueden predecirse que, si están presentes dos capas líquidas en equilibrio a una temperatura y a una presión específica, es pecífica, cada fase tiene ti ene que tener una composición definida y específica. Sin embargo, es imposible predecir el valor de esta composición composición para la presión y la temperatura en cuestión. Los datos experimentales sobre relaciones de fases suelen representarse gráficamente en forma de diagramas de fases que resultan útiles. La variedad de estos diagramas es casi ilimitada. Las variables tomadas en cuenta en trabajos ordinarios de química e ingeniería son la presión, el volumen y la temperatura. Valiéndose de artificios arti ficios especiales y de figuras especiales y de figuras sólidas, es posible conseguir una representación más o menos completa de las relaciones de fases en función de todas esas variables. variable s. Sin embargo, esto resulta incómodo en la mayoría de los casos que presentan pres entan en la práctica y, por lo general, basta mostrar las relaciones de fases de dos variables utilizando diagramas planos, mientras las otras variables se mantiene constantes. De ordinario, no es necesario abarcar en un sólo diagrama de esta clase todo el intervalo, aunque se trate de dos variables seleccionadas. En consecuencia, los diagramas de fases existentes representan únicamente una sección del diagrama completo del equilibrio de fases.


22

2.- ¿Qué entiende Ud. Por sistema de punto eutéctico simple?

Las curvas se intersectan a una Te, la temperatura eutéctica, la composición Xe, es la composición eutéctica, la línea GE es la curva de la temperatura de congelación en función de la temperatura de B. Los puntos como a debajo de esta curva representan estados en los cuales el sólido puro B está en equilibrio con la solución de composición b. Un punto sobre EF representa sólido puro B en equilibrio con la solución de composición Xe. Sin embargo un punto sobre DE representa sólido puro A en equilibrio con la solución de composición Xe. Por tanto la solución con composición eutéctica Xe está en equilibrio equilibrio tanto con el sólido puro A como con el sólido puro B. Si fluye calor del sistema, la temperatura no varía hasta no desaparecer una fase; por tanto las cantidades relativas de las 3 fases cambian en la medida en que fluye calor. Las cantidades de líquido disminuyen en tanto que aumentan las dos fases sólidas presentes. Los puntos bajo la línea DEF representan los estados del sistema en los cuales están presentes sólo los 2 sólidos y dos fases Apuro y B puro. 3.-En un diagrama de punto eutéctico simple, explique la aplicación de la regla de la palanca.

En cualquier región bifósica tal como L- V en la figura, la composición de todo el sistema puede variar entre los límites x1 e y1 dependiendo de las cantidades relativas de vapor y líquidos presentes. Si el punto a está muy cerca de la línea líquida el sistema contará de una gran cantidad de líquido y una pequeña de vapor. Si a está muy cerca de la l a línea de vapor, la cantidad de líquido presente es pequeña comparada con la cantidad de vapor. Las cantidades presentes de líquido lí quido y vapor se calculan mediante la regla de la palanca. Supongamos que la longitud longitud del segmento de línea entre a y l sea (al) y entre a y v sea (av), también digamos que n1 (liq) y n1 (vap) sea el número de moles del componente 1 en el líquido y vapor. Sea

n1 = n1 (liq) + n1 (vap)

Siendo n1 el número total de moles de líquido líquido y vapor. vapor. Y si

n = n liq + n vap

(a l) = X1 – x1 = n1 _ n1 (liq) n

n liq

entonces: (av) = y1 – x1 = n1 (vap) _ n1 n vap

n

Multiplicando (al) por n1 liq y (av) por n vap y restando se obtiene: n liq (al) = n vap (av)


esto se denomina regla de la palanca

23

Informe de Regla de Fases

Recommend Documents