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Martes 31 de Agosto de 2010. Laboratorio de Equilibrio y Cinética
EQUILIBRIO ENTRE FASES
CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA
DE FASES DEL CICLOHEXANO.
Integrantes:
Grupo: 40 Equipo: 5
Horario: 11:00 a 14:00 Hrs.
Objetivo:
Saber interpretar y construir un diagrama de fases para una sustancia pura
(ciclohexano, C6 H12) a través de datos experimentales, teóricos o a base de
cálculos, además de interpretar la ecuación de Clausius-Clapeyron, y saber en
que casos se puede usar, además de comprender la información que
proporcionan la regla de las fases de Gibbs.
Diagrama de flujo
En esta práctica al realizar el punto triple se colocaron trampas para poder
atrapar el vapor del ciclohexano, estas trampas estaban sumergidas en hielo,
para que al momento en el que se evaporara la sustancia se fundiera en el fondo
de la trampa y una vez terminada la práctica se pudiera recuperar.
Colocar un tubo de ensayo con ciclohexano en un vaso
con hielo
Introducir un termometro en el tubo de ensayo y observar hasta que se forme el primer cristal y tomar la temperatura
Con el sistema previamente armado observar y tomar la
temperatura del fluido super critico del hexafloruro de
azufre.
Despues observar y tomar la temperatura de la
vaporización del ciclohexano.
Finalmente observar y tomar la presión y temperatura del punto triple del ciclohexano.
Equilibrio Liquido-Vapor
Para este caso donde el volumen molar del gas es mucho mayor que el del
líquido, se puede hacer una aproximación
Si además se hace la suposición de que el gas se comporta como gas ideal, la
ecuación de Clapeyron se transforma en la ecuación Clausius-Clapeyron:
Despejando a T2
Que es la que utilizaremos para calcular otras
temperaturas (T2) en puntos de equilibrio L-V cercano a
la temperatura de ebullición, partiendo de la
temperatura y presión obtenida experimentalmente (T1,
P1), para ello fijaremos distintos valores para P2.Registrar
Tabla. A
Por ejemplo T1=318.95, P1=585, P2=500
Tabla.A
T2(K) P2(mmHg)
40 279.85
200 293.25
300 302.3
400 309.07
500 314.54
585 318.95
600 319.15
700 323.15
800 326.71
900 329.9
760 353.75
Tabla.B
T2(K) P2(mmHg)
11 183.22
14.00 195.85
17 207.36
20.00 218.09
23 228.25
26.00 237.97
29 247.35
32.00 256.47
35 265.37
38.00 274.11
40 279.85
Equilibrio Solido-Vapor
En este caso al igual que el caso interior se utilizará la ecuación de Clausius-
Clapeyron, ya que también el volumen molar del gas es mucho mayor que la del
sólido además supondremos que se comporta como gas ideal. A diferencia del
caso anterior, en lugar de utilizaremos .
Para hallar el valor de , utilizaremos la siguiente ecuación:
Partiendo de los datos teóricos, nos queda:
Calcularemos distintas temperaturas (T2), partiendo de la
temperatura y presión obtenida experimentalmente (T1, P1),
para ello fijaremos distintos valores para P2.Registrar Tabla.
B; el rango de presiones será de la presión del punto triple
hacia abajo.
Ejemplo ,T1= 279.85 K,P1=40 mm Hg y P2=38 mm Hg
Tabla.C
T2(K) P2(mmHg)
40 279.85
300 279.68
350 279.81
400 279.95
500 280.22
585 280.45
600 280.49
650 280.63
750 280.90
760 279.65
850 281.17
Equilibrio Solido-Liquido
Para equilibrios de fase sólido-líquido, no puede utilizarse la ecuación de Clausius-
Clapeyron ya que para obtenerla se han realizado una serie de aproximaciones
válidas cuando una de las fases que interviene es gas, en este caso solo
intervienen fases condesadas, así que se utilizara la ecuación de Clapeyron:
Se despeja a T2
Para calcular ΔVfus
Sustituyendo los valores obtenidos
Ejemplo ,T1= 280.45K,P1=585 mm Hg y P2=300 mm Hg
P(mmHg) T(K) P(mmHg) T(K) P(mmHg) T(K)
40 279.85 11 183.22 40 279.85
300 279.68 14.00 195.85 200 293.25
350 279.81 17 207.36 300 302.3
400 279.95 20.00 218.09 400 309.07
500 280.22 23 228.25 500 314.54
585 280.45 26.00 237.97 585 318.95
600 280.49 29 247.35 600 319.15
650 280.63 32.00 256.47 700 323.15
750 280.90 35 265.37 800 326.71
760 279.65 38.00 274.11 900 329.9
850 281.17 40 279.85 760 353.75
S-VS-L L-V
Trazar el diagrama de fases presión (mmHg) en función de temperatura (K) para
el ciclohexano con los datos registrados en la tabla siguiente.(Diagrama 1)
Calcular el número de grados de libertad en el diagrama de fases del ciclohexano indicados en la tabla D y explicar su significado.
Regla de las fases: L=C-F+2
Tabla D
Fases(F) Grado de libertad (L) Significado
Área L=1C-1F+2=2 Es necesario especificar por la P y la T
Sobre la línea L=1C-2F+2= Es necesario especificar sólo P o T
Punto triple L=1C-3F+2=0 Es un punto único donde existen las tres fases,
por lo tanto no se pueden modificar ni
temperatura ni presión .
Diagrama 1
Análisis de resultados:
Como se observa en la grafica P Vs T(Diagrama 1), se observan tres aéreas , cada
una representa una fase pura; las líneas nos indican cuando existe un equilibrio
entre dos fases, y el punto donde se intersecan las líneas es el punto triple ,es
donde existen las tres fases, que son liquido ,solido y gas.
Los grados de libertad de este diagrama de fases, nos indica si podemos controlar
ciertas variables para que podamos tener a la sustancia en cierto estado de
agregación.
Cuando queremos tener al ciclohexano en una sola fase debemos colocar
valores a las variables de temperatura y presión, teniendo cuidado de no tocar
las líneas de equilibrio de fases (L-S, S-V, L-V); cuando queremos que coexistan dos
fases del ciclohexano lo que se puede hacer es variar, ya sea temperatura o la
presión, pero solo podemos modificar una variable para que así se conserve el
equilibrio.
Si queremos tener un equilibrio entre las tres fases, solo existe un punto único
donde sucede esto y para llegar a él se tienen que fijar las variables presión y
temperatura en la coordenada exacta.
Conclusión:
En esta practica aprendimos como construir un diagrama de fases, también
aprendimos a interpretarlo; Ya que un diagrama de fases nos resume las
condiciones en las cuales una sustancia existe como sólido, líquido o gas, a que
condiciones coexisten dos fases o las tres.
En esta práctica empleamos el ciclohexano que es una sustancia pura al cual
sometimos a ciertas características de temperatura y presión y así poder construir
su diagrama de fases.
Bibliografía:
CHANG, Raymond; Fisicoquímica; Tercera Edición; Mc Graw Hill, México,
2008
Los tipos de hielo conocidos son los siguientes:
Hielo lc (baja temperatura, cúbica centrada en las caras, densidad
aproximadamente 900 kg/m3).
Hielo II (baja temperatura, ortorrómbica centrado, densidad
aproximadamente 1.200 kg/m3).
Hielo III ó Iii (baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente
1.100 kg/m3).
Hielo V (alta presión, baja temperatura, monoclínica de base centrada,
densidad aproximadamente 1.200 kg/m3).
Hielo VI (alta presión, baja temperatura, tetragonal, densidad
aproximadamente 1.300 kg/m3).
Hielo VII (alta temperatura, alta presión, cúbico sencilla, densidad
aproximadamente 1.700 kg/m3).
Hielo VIII (alta presión, tetragonal centrada, densidad aproximadamente
1.600 kg/m3).
Hielo IX (alta presión, tetragonal, densidad aproximadamente
1.200 kg/m3).
Hielo XII (alta presión, baja temperatura, tetragonal, densidad
aproximadamente 1.300 kg/m3).
