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Práctica 4. Construcción de un diagrama de fases...

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Laboratorio de Equilibrio y Cinética Grupo: 30

PRÁCTICA 4. CONSTRUCCIÓN DE UN DIAGRAMA DE FASES Problema Construir un diagrama de fases con base en los datos experimentales calculados y obtenidos de la literatura. Objetivos Realizar y saber interpretar un diagrama de fases. Comprender la información que proporcionan la regla de fases de Gibbs y la ecuación de Clausius-Clapeyron. Distinguir los equilibrios entre las fases sólido, líquido y vapor Determinar los puntos de ebullición, fusión, así como el punto crítico y el punto triple.

Hipótesis Encontrar en el diagrama de fases las que nos indican en qué fase se encuentra el compuesto a una presión y temperatura señalada y este diagrama, es único para cada uno de los componentes existentes en el sistema. Resultados Datos experimentales, reportados y calculados, para las diferentes transiciones de fase: P (mmHg)

T ( C)

Propiedad

30552

280.49

Punto crtítico

900

85.85

Punto de ebullición a 900 mmHg

760

80.73

Punto de ebullición normal

700

77.90

Punto de ebullición a 700 mmHg

586

69

Punto de ebullición a 586 mmHg

500

66.79

Punto de ebullición a 500 mmHg

400

59.81

Punto de ebullición a 400 mmHg

300

51.21

Punto de ebullición a 300 mmHg

200

39.82

Punto de ebullición a 200 mmHg

100

22.1

Punto de ebullición a 100 mmHg

41

6.9

Punto triple

Tabla 1. Equilibrio Líquido- Vapor. . Cálculos para tabla 1:

El punto que se obtuvo experimentalmente fue el punto de ebullición a 586 mmHg y el punto triple. El punto crítico fue obtenido de literatura. La gráfica que se forma con estos datos son:

Gráfica 1. Equilibrio Líquido-Vapor. P (mmHg)

T ( C)

Propiedad

41

6.9

Punto triple

37.25

5

Sublimación

35.39

4

Sublimación

33.62

3

Sublimación

31.92

2

Sublimación

30.30

1

Sublimación

28.75

0

Sublimación

21.97

-5

Sublimación

16.62

-10

Sublimación

9.21

-20

Sublimación

Tabla 2. Equilibrio Sólido-Vapor. Cálculos de Tabla 2:

El punto triple fue nuevamente un dato experimental y se tomó como temperatura y presión 1. Los demás fueron calculados. Con estos datos la gráfica es la siguiente:

Grafica 2. Equilibrio Sólido- Vapor.

P (mmHg)

T ( C)

Propiedad

900

6.73

Punto de fusión a 900 mmHg

760

6.72

Punto de fusión normal

700

6.71

Punto de fusión a 700 mmHg

586

6.70

Punto de fusión 586 mmHg

400

6.69

Punto de fusión 400 mmHg

300

6.68

Punto de fusión 300 mmHg

200

6.67

Punto de fusión 200 mmHg

100

6.66

Punto de fusión 100 mmHg

41

6.9

Punto triple

Tabla 3. Equilibrio Sólido-Líquido. Calculos tabla 3:

El punto de fusión normal se obtuvo de la literatura y el punto de fusión a 586 mmHg fue un dato experimental, al igual que el punto triple. Los demás datos fueron calculados. La gráfica queda del siguiente modo:

Yo Gráfica 3. Equilibrio Solido-Líquido. Finalmente utilizando los valores obtenidos en las tablas se puede trazar el diagrama de fases para el ciclohexano:

¡ Gráfica 1. Diagrama del ciclohexano. Análisis de resultados Durante la determinación de los puntos experimentales (a 586 mm Hg) se tomó la característica principal de un cambio de fase que es el hecho de que justo en el cambio de fase la temperatura (T) se mantiene constante, es de nuestro conocimiento por ejemplo que el agua líquida se puede transformar en agua sólida o vapor de agua. El punto fundamental en este experimento es el hecho de la fase de una sustancia puede ser determinada por la temperatura (T) y por la presión (P) a la que se encuentra, por lo que en el diagrama de fases de Gibbs observamos las tres fases de las sustancias y equilibrios entre dichas fases, lo cual al leer las gráficas, y con valores de la literatura tales como (P. Ebullición, P Fusión a P normal) y los datos experimentales nos damos cuenta que no existe un solo punto de ebullición o fusión, sino que estos pueden variar dependiendo de los patrones T y P a los que se encuentren. Por lo tanto,dependiendo de ese par de valores (T y P), la sustancia puede estar en cualquiera de las fases (sólida, líquida o gaseosa), e inclusive en una situación que corresponde al equilibrio entre dos o entre tres fases como es el caso del punto triple, en la determinación de este pudimos identificarlo por el hecho de que tanto la presión como la temperatura fueron escalonado pasando por los diferentes puntos de

ebullición, o equilibrios líquido-vapor hasta que se formó una delgada película de sólido, coexistiendo en este punto de T y P las tres fases de la sustancia; sólido-líquido-vapor. El punto triple es un término en el campo de la termodinámica que se refiere a la temperatura y presión en la cual existen simultáneamente tres fases de una sustancia en un estado de equilibrio termodinámico. Por otro lado también existe algo llamado punto crítico; el punto crítico es la temperatura más alta a la que el líquido y el gas (de una substancia pura) pueden coexistir y corresponde a una temperatura diferente para cada sustancia. Justo en el punto crítico, la sustancia se comporta como un súper fluido o fluido crítico, que se difunde como gas y disuelve como líquido. Algunas de las características en el punto crítico son: ● Las fluctuaciones en la densidad, causadas por la agregación de grupos de moléculas al azar, se amplifican y dan lugar a la dispersión de la luz incidente. ● El fluido se hace extremadamente ‘suave’ y se comprime bajo la influencia de su propio peso. ● El fluido se hace extremadamente lento desde el punto de vista térmico. Los diagramas de fase, son gráficas trazadas que permiten demostrar las condiciones limitantes de las fases sólidas, líquidas, gaseosas (y otras, en casos especiales) de una sustancia mientras se le ejercen cambios de temperatura, presión y/o solubilidad en ocasiones.

Conclusiones Se realizó el diagrama de fases con base en los datos obtenidos experimentalmente, de la literatura y calculados. Para ésto, se determinó el punto de ebullición, el punto de fusión, el punto crítico y el punto triple. Con este diagrama de pudieron distinguir los equilibrios entre las fases sólido, liquido y vapor. Se comprendió qué es una fase, y la información que proporciona la regla de fases de Gibbs. Referencias ● Bolívar, Gonzalo,Punto Triple: Características, del Agua, Ciclohexano y Benceno, consultado el 16 de septiembre del 2019 desde: https://www.lifeder.com/punto-triple/ ● González, Mónica, Cambio de fase, consulado el 16 de septiembre del 2019 desde: h  ttps://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/cambio-de-fase ● González, Mónica, Estructura en todas las escalas- Punto Crítico, consultado el 16 de septiembre del 2019 desde: https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/estructura-en-todas-las-escal as-punto-critico...