universidad nacional autónoma de...
TRANSCRIPT
“CONSTRUCCIÓN DEL
DIAGRAMA DE FASES DEL
CICLOHEXANO”
Profeso : M. en C. Gregoria F.
Departamento de Fisicoquímica
Laboratorio de Equilibrio y Cinética
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
OBJETIVO GENERALInterpretar el diagrama
de fases de una SUST.
PURA, construido a partir
de datos de P y T obtenidos
a través de dif. métodos.
a. COMPRENDER la
información que proporcionan
LA REGLA DE LAS
FASES DE GIBBS y la ec.
de CLAUSIUS-CLAPEYRON.
b. DISTINGUIR los
equilibrios entre las diferentes
fases (sólido, líquido y vapor).
c. DEDUCIR las propiedades
termodinámicas involucradas en
diferentes transiciones de fase.
OBJETIVOS PARTICULARES:
PROBLEMA:
Construir el Dx del ciclohexano a partir de
datos obtenidos en la literatura,
experimentales y calculados.
6 12 6 12 ,C H ( ) C H ( ) 0m vapl g H
6 12 6 12 ,C H ( ) C H ( ) 0m fuss l H
EQUILIBRIO ENTRE FASES.Construcción de un diagrama de fases.
¿Que es un componente?Es el número de especies químicas presentes en
un sistema y que se pueden diferenciar a través de
su estructura, y en consecuencia, sus propiedades
físicas y químicas son diferentes.
¿Qué es una fase?Porción homogénea del sistema físicamente
distinguible y mecánicamente separable.
Una fase es termodinámicamente estable en el
intervalo de T y P en el cual tiene un potencial
químico menor que cualquier otra fase.
Estabilidad de una fase:
¿CÓMO ES UN DIAGRAMA DE FASES?
Información que se puede obtener de los diagramas de fase:
* CONOCER que fases están presentes a diferentes P
y T bajo condiciones de equilibrio.
• IDENTIFICAR la T a la cual comienza a haber un
cambio de fase.
•CALCULAR las líneas de tendencia que representan los
cambios de P conforme varía la T, (dP/dT).
• Esta DETERMINACIÓN se puede calcular con las ecuaciones
de Clapeyron o de Clausius-Clapeyron.
* ESPECIFICAR cuántas variables son necesarias
para determinar la fase o fases del sistema cuando se
encuentra en equilibrio.
INFORMACIÓN QUE SE PUEDE OBTENER DE
LOS DIAGRAMAS DE FASE:
Es una expresión que permite caracterizar
completamente a un sistema termodinámico a partir del
NÚMERO de PROPIEDADES INTENSIVAS
INDEPENDIENTES.
f = c – p + 2f: número de variables intensivas
independientes (grados de libertad
del sistema).
c: número de componentes químicos
del sistema.
p: número de fases presentes en el
sistema
Sustancia pura: componente = 1
p = 1 f = 1 − 1 +2 = 2 T y P
p = 2 f = 1 − 2 +2 = 1 T o P
p = 3 f = 1 − 3 +2 = 0
REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
Equilibrio Líquido-Vapor
,2
1 2 1
1 1ln
m vapHP
P R T T
Equilibrio Sólido-Vapor
,2
1 2 1
1 1ln
m subHP
P R T T
Equilibrio Sólido-Líquido
, 2
2 1
, 1
lnm fus
m fus
H TP P
V T
Ecuación de
Clausius-Clapeyron
Ecuación de
Clausius-Clapeyron
Ecuación integrada
de Clapeyron
, , ,m sub m fus m vapH H HEntalpía de sublimación:
DIAGRAMA DE FASES EN SISTEMAS
DE UN COMPONENTE
Curvas de Presión de Vapor
Temperatura de fusión a P
Temperatura de ebullición a P
PEb normal:
Temperatura a la que la
presión de vapor del líquido es
igual a la presión de 1 atm.
P f normal:
Temperatura a la que funde el
sólido si la presión es de 1 atm.
SÓLIDO
LÍQUIDO
VAPOR
GAS
ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES
1.-Encontrar experimentalmente a las condiciones del
laboratorio, el Pto. triple de la sustancia escogida (ciclohexano).
3.- Calcular con la ecuación de Clausius-Clapeyron una T2 en un
punto de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición
normal.
2.- Determinar experimentalmente las temperatura de ebullición y de
congelación a las condiciones de presión del laboratorio.
1
2
2
1 , 1
1ln
m vap
PRT
T H P
,2
1 2 1
1 1ln
m vapHP
P R T T
4.- Calcular con la ecuación de Clausius-Clapeyron una T2 en un
punto de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición
obtenida a la presión atmosférica del laboratorio.
Diagrama de fases…
1
2
2
1 , 1
1ln
m vap
PRT
T H P
5.- Calcular una temperatura T2 en un punto de equilibrio S-V.
Este punto puede calcularse utilizando como referencia el punto triple
experimental y el ΔHm de sublimación teórico (ΔHm,sub = ΔHm,vap + ΔHm,fus)
1
2
2
1 , 1
1ln
m sub
PRT
T H P
DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE
EBULLICIÓN
DETERMINACIÓN del PUNTO TRIPLE
Equipo de determinación delpunto triple del ciclohexano
T 0C
t (s)
0
Temperatura de congelación
DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE FUSIÓN
DEL CICLOHEXNO: CURVA DE ENFRIAMIENTO
•Introduce el tubo de ensayo en un
baño de hielo-agua.
Cada 10 segundos TOMA dato de la
temperatura
Tabla 1: Datos experimentales
Equilibrio: Estado: P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)
S-L Punto de Fusión
L-V Punto de Ebullición
S-L-V Punto triple
Tabla 2: Datos teóricos
Equilibrio: Estado: P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)
S-L
∆Hm,fus = 2662.6 J/mol
Punto normal
de fusión
L-V
∆Hm,vap = 33001.3 J/mol
Punto normal de
ebullición
S-L-V Punto triple
Condición: Punto crítico
Tablas de datos calculados
Tabla 3: Equilibrio S-L:
Condición: P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)
Punto triple P = Ppt t = tpt T = Tpt
Punto de fusión en Cd. México P = Patm
Punto normal de fusión 760
Tabla 4: Equilibrio S-V
∆Hm,sub = 35663.9 J/mol
P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)
P = Ppt t = tpt T = Tpt
15
10
5
1
1
2
2
1 , 1
1ln
m sub
PRT
T H P
, , ,m sub m fus m vapH H H
pt atm manP P P
1 1 pt ptP P T T
Tablas de datos calculados
Tabla 5: Equilibrio L-V
∆Hm,vap = 33001.3 J/mol
P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)
P = Ppt t = tpt T = Tpt
100
150
200
550
Patm Cd. México t = teb T = Teb
600
650
700
750
760
1 1 pt ptP P T T
1
2
2
1 , 1
1ln
m vap
PRT
T H P
1 1 Cd. de Méxicoatm ebP P T T
1
2
2
1 , 1
1ln
m vap
PRT
T H P
Tabla 6: Aplicación de la regla de las fases de Gibbs
En diferentes regiones y condiciones del diagrama
Condición: Fases (p): Grados de libertad (f): Significado:
Área
Línea de equilibrio
Punto triple
f = c – p + 2