Díaz Pineda Melanie Hernández Herrera Andrea Martínez González Gerardo Xolalpa Álvarez Shadia Danaé PRÁCTICA 4. EQUILIBRIO ENTRE FASES. CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DI AGRAMA DE FASES DEL CICLOHEXANO. ABSTRACT By obtaining data of pressure and temperature, you can obtain the triple point, the critical point, melting point and the boiling point of cyclohexane. Through these representative points and the application of Clapeyron and Clausius - Clapeyron, has built the phase diagram for that substance, with which it has concluded graphically balance that may exist between the phases as well as the conditions that may arise.
INTRODUCCION Una fase de una sustancia es una fora de la ateria! copletaente unifore tanto en su coposici"n coposici"n #uíica coo en su estado físico$ De este odo ha%laos de una fase s"lida! lí#uida & 'aseosa de una sustancia$ Una transici"n de fase! es la conversi"n espontánea de una fase en otra! otra! ocurre ocurre a una una tepe teperat ratur ura a caract caracterí erísti stica ca para para una presi presi"n "n deter deterin inada ada$$ Una transi transici" ci"n n terodináicaente espontánea puede ocurrir de anera tan lenta! #ue! en la práctica! no es si'nificativa$ si'nificativa$ (l dia'raa de fases de una sustancia! es una representaci"n 'ráfica #ue uestra las re'iones de presi"n & teperatura a las cuales sus diversas fases son terodináicaente esta%les$ (n estas representaciones se o%servan las condiciones de e)istencia de una sola fase! donde las líneas #ue separan estas re'iones se denoinan líites de las fases! estas uestran los valores de P & * en los #ue las dos fases coe)isten en e#uili%rio$ (l punto donde conflu&en todas las las líne líneas as de e#ui e#uilili%r %rio io!! es deno denoi ina nado do punto triple, e indica indica las condic condicion iones es de presi"n presi"n & teperatura donde coe)isten las tres fases o estados físicos$ (ste punto! indica la teperatura & presi"n ínia a la #ue el lí#uido puede e)istir! este tiene lu'ar a presi"n & teperatura +nicas & defin definid idas as carac caracter teríst ística icass de la sustan sustanci cia$ a$ (l punto punto #ue indic indica a el valor valor á)io á)io de presi" presi"n n & teperatu teperatura ra en el #ue se produce produce el final de la divisi"n divisi"n entre lí#uido lí#uido & 'as se denoina denoina punto punto crítico$ Al alcanzar un estado en el cual la densidad del vapor es i'ual a la del lí#uido reanente! la superficie entre estas dos fases desaparece! la fase li#uida de una sustancia no e)iste$ Un fluido #ue supera este punto! fora una +nica fase unifore por lo #ue se le denoina fluido supercrítico$ supercrítico$ ,a intersecci"n de una presi"n dada con la curva de e#uili%rio S-,! da! el punto de fusi"n! #ue se define coo la teperatura a la cual el s"lido & el lí#uido se encuentran en e#uili%rio a dicha presi"n$ ,a intersecci"n de una cierta presi"n con la curva ,-.! da! el punto de e%ullici"n de un lí#uido a la presi"n P! se define coo la teperatura a la cual la presi"n de vapor de e#uili%rio del lí#uido es i'ual a dicha presi"n /la presi"n e)terna0$(l líite li#uido-vapor en el dia'raa de fases resue de #ué fora la presi"n de vapor de un cierto fluido varia con la teperatura! ta%ién c"o la teperatura de e%ullici"n varía con la presi"n$ (l liite s"lido-lí#uido uestra de #ue fora varia la teperatura de fusi"n con la presi"n$ Un dia'raa de fases no solaente sirve para deterinar el estado físico en el #ue se encuentra una sustancia a una presi"n & teperatura dadas! sino ta%ién para predecir los ca%ios #ue tienen lu'ar cuando ca%ian las condiciones$ Por Por tanto tanto podeo podeoss repres represent entar ar cual# cual#uie uierr estado estado de e#uil e#uili% i%rio rio del siste sistea a forad forado o por una sustancia sustancia pura ediante ediante un punto punto en un dia'raa dia'raa %idiension %idiensional al de presi"npresi"n-tepe teperatu ratura$ ra$ Para descri%ir el estado de e#uili%rio de un sistea de varias fases & diversas especies #uíicas
de%eos conocer el n+ero de varia%les intensivas independientes #ue definen el sistea$ Para conocer este n+ero se aplica la re'la de las fases : ,12-3456 donde , es n+ero de varia%les intensivas independientes /'rados de li%ertad0! 2 el n+ero de coponentes #uíicos del sistea! & 3 el n+ero de fases presentes en el sistea$ ,a ecuaci"n de Clapeyron dP/dT=∆H/T∆V perite calcular la pendiente de una línea de e#uili%rio entre dos fases en el dia'raa de fases P-* de un sistea de un coponente$ ,a ecuaci"n de 2lape&ron puede aplicarse a distintos ca%ios de fase$ (n el e#uili%rio lí#uido-vapor & s"lido-vapor , la ecuaci"n de 2lape&ron se transfora en la llaada ecuaci"n de Clausius-Clapeyron: dLnP/dT=∆H/RT² $ Si el ran'o de teperatura analizado es pe#ue7o! se puede suponer #ue 8H es constante a lo lar'o de la línea de e#uili%rio! o%teneos la (cuaci"n de Clausius-Clapeyron integrada: LnP /P =-∆H/R (1/T -1/T ) esta s"lo es aplica%le para o%tener la presi"n de vapor de un s"lido o un lí#uido a una cierta teperatura! conocido otro punto de e#uili%rio entre las fases$ Para el e#uili%rio s"lido-lí#uido! la variaci"n de la P de e#uili%rio cuando ca%ia la * se o%tiene directaente a partir de la ecuaci"n de 2lape&ron$ ,os valores de 8H fus & de 8.fus varían a lo lar'o de la curva de e#uili%rio s"lido-lí#uido! las funciones de estado H & . son funciones de * & P! & por lo tanto lo son ta%ién 8H fus & de 8.fus$ Sin e%ar'o la elevada pendiente de esta línea en el dia'raa P-* iplica #ue a enos #ue P ca%ie en una cantidad considera%le! la variaci"n de * será u& pe#ue7a! por tanto podeos toar coo apro)iaci"n9 P -P =-∆H/∆V (LnT /T )$ ₂
₁
₂
₁
₂
₂
₁
₁
METODOLOGÍA Se registra la temperatura en el equilibrio líquidovapor
Obtención del punto de fusión
Construcción del equipo de obtención del punto triple
Se enciende la parrilla
Colocar ciclohexano líquido en un tubo de ensaye con un termómetro dentro del mismo
!egistrar la temperatura y tiempo en el cual el ciclohexno se fusiona
Prender la bomba al vacío
Armar el sistema de destilación fraccionada o simple
n un vaso colocar hielo y meter el tubo de ensaye con ciclohexano
$levar a cabo el proceso inverso% es decir% solidi"car el ciclohexano
Observar la temperatura y presión del punto triple
Obtención del punto de ebollición
!egistrar la temperatura y tiempo que tarda el ciclohexano en solido"carse
Otra opción para el punto de fusión es#
Obtención del punto triple del ciclohexano
RESULTADOS *a%la:$ Datos e)perientales quilibrio stado S-$ P, fusión $-3 P, ebullición S-$-3 punto triple
P &mm'g( .%. .%. /5%.
) &*C( %/ 14 6%4
) &+( 01.%2 /22%4 017%0
*a%la 5$ Datos te"ricos
Equilibrio S-$ $-3 S-$-3 *a%la ;$ (#uili%rio S-, Condición P, triple P, fusion *a%la <$ (#uili%rio S-. P (mmHg) T (K) /56%5/ 017%0 01.%60.5 07%. 1 01.%5541 0.%. .1 011%/64 01%. 6 016%6.7. 06%. /. 016%554/ 0%. 2 01%0.75 02%. 41 01%0.75 02%. 41 012%57 0/%. 71 01/%1.4 00%. 7. 010%7.70 04%. . 010%4652 05%. 7/ 014%07. 47%. / 015%/741 4.%. 2 067%2224 41%. 06.%22.0 46%. 6 061%/7.2 4%. 4 066%0.17 42%. 41
Estado P, fusión normal P, ebullución normal punto triple crítico
P (mmHg) 165 /56%5/
P (mmHg) 165
T (°C) 6%21
T (K) 017%60
165
.5%1
//%.
/50
1%/2
0.5%27
T (K) 017%0 017%0
4/%. 40%. 44%. 45%. 7%. .%. 1%. 6%. %. 2%. /%. 0%. 4%. %. 4
06%45.6 6. 06/%.51 71 060%505 16 064%5215 71 07%2665 2. 01%1/0. 01 0%.405 41 0/%6/1 62 04%4.2 07 02.%0... .. 022%1670 76 025%0251 46 0//%166/ 26 004%6/2 /0 050%7116 .
*a%la =$ (#uili%rio ,-. P (mmHg) 5 455 45 055 05 /56%5/ /5 255 25 55 .%. 655 65 155 165
DISCUSIÓN
T (K) 021%6.00240 0.%.174502 06%745..1/ 014%4/60/.4 01%//07274 017%0 0.4%74067 0.2%6441/ 0.1%5/./64 0.7%0/7061 /22%4 /22%.6645 /21%0.40// /27%2165/2 /0%5712..6
,os datos e)perientales se o%tuvieron a través de las ediciones realizadas en el la%oratorio! con dichos datos copletaos la *a%la :$ 2onocíaos los datos te"ricos! con ellos se constru&" la *a%la 5$ Para la teperatura de fusi"n de la *a%la : fue necesario realizar ediciones de teperatura con fore auenta%a el tiepo cuando se soetía el ciclohe)ano a con'elaci"n! utilizaos cono dato a#uel #ue ás se repetía! es decir el #ue peranecía constante por el periodo de tiepo ás lar'o$ Posteriorente separaos los e#uili%rios en S-,! S-. & ,-. para o%servar la tendencia por separado 'raficando la presi"n coo una funci"n de la teperatura! al >untar estas 'raficas se o%serv" #ue se fora%a al'o parecido al dia'raa de fase te"rico! para calcular la presi"n del punto triple se calcul" priero la presi"n anoétrica! es decir con el dato de altura calculaos la presi"n fluidostática & esa fue nuestra presi"n anoétrica! a la presi"n atosférica /=?=$? H'0 se le resto la presi"n anoétrica /5@$@B H'0 & con eso o%tuvios la presi"n del punto triple la cual la utilizaos coo PC: & la teperatura del punto triple fue de 5@$5= la cual deterinaos en el la%oratorio$ 2on estos datos & la entalpia correspondiente! es decir 8HCsu% para el e#uili%rio S-. & 8HCvap para el e#uili%rio ,-.$ E%tuvios la teperatura la cual se 'rafic" con la presi"n$ (>eplo de cálculo de * en e#uili%rio S-. T 2 =[
T 2 =[
1 T 1
−
R Δ H ¿
1 279.25
−
( )
∈
P 2 P 1
−1
]
8.314 35363.9
(
∈
235.8 306.03
)
−1
]
T 2 =274.55 K
(>eplo de cálculo de * en e#uili%rio ,$.
( )
−1
P 2 R ∈ ] T 2 =[ − T 1 Δ H vap P 1 1
T 2 =[
1 279.25
−
8.314 33001.3
(
∈
400 306.03
)
−1
]
T 2 =284.61 K
Una vez #ue se calcularon todas las teperaturas se hicieron 'raficas por separado de los ; e#uili%rios & al >untar estas 'raficas se o%tendría el dia'raa de fases e)periental del ciclohe)ano$ CONCLUSIÓN Se lo'r" realizar el dia'raa de fases ediante e#uili%rios entre las fases del ciclo he)ano odificando la presi"n & teperatura adeás se pudo o%servar el punto triple del ciclo he)ano & se o%serv" #ue a#uí no se puede odificar nin'una varia%le &a #ue solo ocurre a una deterinada presi"n & teperatura$
,a ecuaci"n de 2lausius-2lape&ron! nos perite o%tener datos de las líneas en un dia'raa de fases & para cada e#uili%rio es diferente ta%ién perite conocer las entalpias de fusi"n! su%liaci"n! vaporizaci"n dependiendo del tipo de e#uili%rio #ue se ten'a en ca%io las re'la de las fases de Gi%%s periten conocer los 'rados de li%ertad de nuestro sistea$ (n este caso todas las entalpias son positivas por lo #ue se puede decir #ue se trata de un proceso endotérico puesto #ue a%sor%e ener'ía para llevar a ca%o cada proceso$ (l construir un dia'raa de fases nos sirve para conocer los diferentes datos de una sustancia &a #ue con tener un dato te"rico podeos sa%er uchas cosas del sistea por e>eplo en #ué fase esta o si esta en e#uili%rio así coo la teperatura o presi"n$ Bibli!"#$%# & R'$'"'()i#* FAtins P$ Iuíica físicaJ ?K (d$ (ditorial Médica Panaericana$ Luenos Aires!5?$ Pp$ ::@-:55 FG$M$LarroN$ Iuíica 3ísicaJ oule$#fa$ua$es%eta-5$teariotea=tea=$php
