FORMATO INSTRUCTIVO PARA LA REVISTA SCIENTIA ET TECHNICA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOS DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERIA SANITARIA

FISICOQUIMICA

23

EQUILIBRIO SLIDO-LIQUIDORESUMENLas sustancias puras presentan caractersticas fsicas cualitativas luego de ser sometidas a cambios de temperatura o presin, actividad que se puede ver reflejad en los diagramas de fases para sustancias puras; es por ello que dentro de la prctica de laboratorio sobre equilibrio solido liquido se plantea como objetivo el determinar experimentalmente las curvas de enfriamiento y las constantes caractersticas del proceso de solidificacin, para una sustancia pura y para una binaria ideal ,donde esta ltima se identifica como un sistema de dos componentes entre los cuales se da un equilibrio, ya sea solido/solido o solido/liquido, y a su vez para este caso puntual se toma el diagrama eutctico, que busca representar el punto de interseccin de las dos curvas que separan la zona liquida y la zona de equilibrio entre el slido y el lquido.

PALABRAS CLAVES: Punto eutctico, punto de fusin, punto de solidificacin.

MARIA DEL PILAR SANTACRUZ20131181017Universidad Distrital FJCPAOLA HERNANDEZ20131181037

Universidad Distrital FJC

LEIDY QUINTERO

20131181051

Universidad Distrital FJC

1. INTRODUCCIN

Un diagrama de fases es una representacin grfica de las fases presentes en un sistema material, relacionando temperaturas, presiones y composicin qumica de dichas fases en equilibrio. El diagrama de fases se construye bajo condiciones de equilibrio; el estado de equilibrio de un sistema es aquel en el que las propiedades macroscpicas como la presin, el volumen y la temperatura, no varan. El diagrama de fases se fundamenta en la regla de fases de Willard Gibbs, la cual relaciona el nmero de componentes, el nmero de fases, y el nmero de relaciones adicionales con el nmero de variables independientes o grados de libertad a especificar para poder conocer las caractersticas de un sistema en equilibrio, entre las variables independientes encontramos a la presin, la temperatura y la concentracin, la regla de fases de Gibbs est dada por la ecuacin:

F = C-P + 2Dnde:C: nmero de componentes del sistema

P: nmero de fases presentes en el equilibrio.

F: grados de libertad

Para un sistema solido-liquido, el efecto de la presin es mnimo sobre ambas fases, manteniendo la presin fija, se examinan los efectos de la temperatura y la composicin, por lo que la ecuacin de la regla de fases se reduce a:

F = C - P + 1Previo a la construccin del diagrama de fases, se debe construir la curva de enfriamiento, esta es una representacin grfica de la variacin de la temperatura de un sistema con respecto al tiempo, en esta se toma como punto de congelacin la temperatura constante que aparece despus de la manifestacin de los primeros cristales. El descenso del punto de congelacin indica la disminucin de la temperatura de fusin de la mezcla con relacin al solvente, por lo que depender de la concentracin del soluto y las caractersticas del solvente:

Donde m es igual a la molalidad.

Dnde:

M= Masa molar del disolvente

R= constante universal del estado gaseoso 1.987 cal mol-1K-1.

Para un sistema constituido por dos componentes solidos podemos obtener un diagrama de fases eutctico simple que se presentan cuando dos componentes lquidos presentan miscibilidad total entre ambos a temperaturas prximas a su solidificacin, mientras que en su fase solido-solido no se presenta solubilidad apreciable, en este diagrama se puede distinguir el punto eutctico, que se define como la menor temperatura a la que una mezcla puede fundirse. A partir del diagrama eutctico se puede calcular el calor molar de fusin o el calor latente de fusin, es decir, la cantidad de calor necesaria para pasar de estado slido a lquido una sustancia, y puede expresarse en moles o en gramos:

2. METODOLOGIA.Se prepara una mezcla de composicin conocida X, para el clculo de la cantidad substancias a mezclar de A (Acido Benzoico) y B (Naftaleno) se utilizan las siguientes ecuaciones respectivamente:

Cuando la fraccin de Aes mayor a 0.5:

Se preparan cada mezcla con las cantidades establecidas y se vierte a un tubo de ensayo, se introduce el termmetro y se procede a calentar el tubo de ensayo con suavidad hasta alcanzar la fusin completa del slido. El tubo de ensayo se retira del calentamiento y se comienza a llevar un registro de la temperatura cada 15 minutos, registrando el tiempo y la temperatura de aparicin de los primero cristales, el registro de la temperatura se realiza hasta alcanzar los 50 C. La anterior operacin se repite con los componentes puros de Acido Benzoico y Naftaleno.

3. RESULTADOS

XAmAmBnanB

00100,0078125

0,10,10610,00086810,0078125

0,20,238510,00195310,0078125

0,30,408810,00334820,0078125

0,40,63610,00520830,0078125

0,50,95410,00781250,0078125

0,610,69870,00818900,005459

0,710,44920,00818900,003509

0,810,2620,00818900,002047

0,910,11650,00818900,0009098

1100,00818900

N ExperimentoMASA (g)XaT primeros cristales o de Fusin (C)T de solidificacin (C)

masa de Amasa de B

1Naftaleno01,001707875

20,10480,96430,17060,5

30,23710,98160,270,260,4

40,36880,98070,36859

50,67891,00220,46765

60,95491,0040,59870

71,00260,69130,69472

80,95980,44720,79882

91,00330,26070,8138100

100,99440,11550,9170110

11Ac. Benzoico1,00080110899

Tabla 1. Calculo de las masas A y B de las muestrasTabla 2. Registro de datos experimentales

T de fusion (K)T de solidificacion (K)

351,15348,15

343,15333,65

343,35333,55

341,15332,15

340,15338,15

371,15343,15

367,15345,15

371,15355,15

411,15373,15

443,15383,15

381,15372,15

Tabla 3. Conversin de grados Centgrados a Kelvin.

A. Con los datos de la tabla N 2 constryase los diagramas eutcticos.

Figura 1. El punto verde muestra el punto eutctico que esta a 59C.B. De las curvas de los lquidos calclese el calor molar de los componentes puros.

N de experimentoHf Cal/mol

10

241,4529

326,9798

415,1438

51,6104

60

7-17,7147

8-26,9224

9-104,6156

10-261,8081

110

Tabla 4. Calor molar de los componentes.

C.Calcule las constantes crioscopicas

N de experimentoKf ( g .K/mol)

10

2722,4710

31111,3300

41954,6211

518272,9190

60,0000

7-1935,3582

8-1301,3475

9-410,9718

10-190,7771

110

molalidad m

00

0,00090,6271

0,00202,1706

0,00336,5445

0,005295,1715

0,00780,0000

0,005510,5651

0,00354,5664

0,00200,8413

0,00090,1736

00

Tabla 6. Constante crioscpica del solvente Kf y tfC. Calclese la masa molar del naftaleno y el cido benzoico.

M(X)=m(X)/n(X)

M (g/mol)

NAFTALENOAC BENZOICO

128,21760

123,4304120,7296

125,6448121,3952

125,5296110,1483

128,2816130,3488

128,512122,2272

126,6349122,4325

127,4437117,2060

127,3571122,5180

126,9510121,4312

0122,2127

Tabla 7. Masa molar del naftaleno y el cido benzoico.

D. Por comparacin de las masas molares de la literatura, calclese el porcentaje de error cometido en su determinacin mediante la expresin:

% error

NAFTALENOAC BENZOICO

0,04

3,701,14

1,970,59

2,069,80

0,096,74

0,270,09

1,200,26

0,574,02

0,630,33

0,950,56

0,08

Tabla 8. Porcentaje de error calculado para las dos sustancias.4. ANALISIS DE RESULTADOSEl equilibrio solido- liquido es de gran importancia ya que relaciona los problemas de cristalizacin y se caracterizan en la ausencia de una fase gaseosa por lo que se llaman sistemas condensados y es poco afectado por los cambios de presin como pudimos apreciar en la practica la medicin se realiz a presin ambiente y por esto el sistema es poco alterado por la presin las nicas variables que se analizaron fueron la temperatura y la concentracin del Naftaleno y Acido benzoico llamados constituyentes.

En la grafica 1 se puede apreciar el punto eutctico de los dos constituyentes, la grafica relaciona la temperatura de congelacin de la solucin con la fraccin molar del acido benzoico (Xa)y el naftaleno (XB), los puntos que estn sobre la curva representan estados lquidos, los que estn debajo de la curva representan estados en los cuales coexisten la sustancia A pura en equilibrio con la solucin se observa que a menor temperatura, mayor es la cantidad relativa de solido, en la medida en que

XB 1, es de esperar la congelacin del solido B por encima de las temperaturas indicadas por la curva en esta regin. Las curvas se intersecan a una temperatura Te, llamada temperatura eutctica.

Se hallo experimentalmente las curvas de enfriamiento se observa que para los slidos puros y para las dems disoluciones, se observaron dos temperaturas esto sucede porque a medida que disminuye la temperatura, uno de los slidos se va solidificando pero el otro aun sigue en una fase liquida luego se llega un punto en el que ambos slidos se solidifican y la temperatura permanece constante una vez que estn completamente solidificados, la temperatura comienza a disminuir. las curvas de enfriamiento de sustancias puras se solidifican ms rpido que ele de las mezclas esto se debe a que con son sustancias puras las molculas interaccionan entre ellas mismas, y se asocian ms rpido en el caso de las mezclas las molculas poseen caractersticas diferentes y por ende distintas interacciones que aumentan o disminuyen la velocidad de congelamiento. Tambin se hallaron las constantes criosocpicas la cual nos mide el descenso de la temperatura de congelamiento de un lquido cuando se aade un soluto.

Hallamos el porcentaje de error con respecto a la masa molar del naftaleno y el acido benzoico donde se hallo un pequeo porcentaje de error que se debe a diversos factores como al agregar las diferentes cantidades de slidos, ya que se pudo haber perdido un poco de la muestra al momento pasar la sustancia al tubo de ensayo, as que la fraccin molar no qued exacta, otro factor es la incorrecta lectura del termmetro y la toma del tiempo.5. CUESTIONARIO.

1. Que se espera que suceda al enfriar si la solucin binaria slida se prepara con sales inicas?

Las sales inicas son compuestos formados por un elemento metlico y uno no metlico, Ejemplo: El cloruro de sodio, NaCl y el sulfuro de plomo (II), estn conformadas a temperatura y presin ambiente las sales son slidos cristalinos de relativamente elevadas temperaturas de fusin y ebullicin. Esto se debe a la fuerte atraccin electrosttica que une a los iones que constituyen el cristal. Y respecto a la pregunta, si la disolucin contiene sales inicas la temperaturas de fusin y ebullicin cambiaran, ya que habrn mas moles libres sobre las cuales se necesitara aplicar energa, de tal modo que la temperatura de fusin ser ms baja y la de fusin mas alta.4. Demuestres las ecuaciones 4.2 y 4.4 (4.2)

(4.4)3. Pueden existir zonas de inmiscibilidad en mezclas binarias con eutctico?

Al enfriar una mezcla liquida de dos componentes puros A y B con diferentes puntos de fusin, se empieza a precipitar solido a una temperatura denominada temperatura de solidificacin, a esta temperatura coexiste una fase slida y una liquida, esto se representa en un diagrama eutctico con una regin bifsica.

4. hay eutcticos en mezclas de tres o ms componentes?Al aumentar el nmero de componentes, aumenta la dificultad de visualizar las variables del sistema, para sistemas de tres componentes se utilizan diagramas de T, P, X tridimensionales, para las mezclas de tres componentes encontraremos sistemas eutcticos ternarios graficados sobre un tringulo equiltero. El sistema queda integrado por tres REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Referencias de libros:

J. Alarcn. Tema 6: Diagramas de Fases en Materiales Ceramicos.J. Restrepo. Discusin General sobre los diagramas de fase. Cuaderno Cermicos y Vtreos No. 7, Septiembre 1998G. Catellan, Fisicoqumica, segunda edicin. Mxico: Addison Wesley mexico S.A.pp. 266-268

J. Nuez, J.Bertran, Problemas de qumica fsica. Espaa: Delta Publicacione

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