Diagrama De Fases Ciclohexano

CUESTIONARIO PREVIO

1. Expresar la regla de las fases de Gibbs y explicar qué información proporciona en la construcción del diagrama de fases.

La regla de las fases de Gibbs describe el número de grados de libertad (L) en un sistema cerrado en equilibrio, en términos del número de fases separadas (F), el número de componentes químicos (C) del sistema y N el número de variables intensivas que se pueden modificar sin alterar el número de fases en equilibrio (N). Esta relación entre esos 4 números enteros dada por:

En el caso del laboratorio se ocupó 2 como grados de libertad ya que se pudieron modificar dos propiedades intensivas sin alterar el número de fases en equilibrio (presión y temperatura).

2. Definir los conceptos de componente, fase y grado de libertad.

Componente: En un sistema es el menor número de constituyentes químicos independientemente variables, necesarios y suficientes para expresar la composición de cada fase presente en cualquier estado de equilibrio.

Fase: Apariencia física de la materia con propiedades específicas de presión volumen y temperatura que hacen lucir a la materia de forma homogénea.

Grado de libertad: Cantidad de variables que se pueden modificar en el sistema sin afectar el número de fases en equilibrio.

3. Escribir las ecuaciones de Clapeyron y Clausius-Clapeyron, indicar el significado de los términos que aparecen en ellas y explicar en qué casos de equilibrio de fases se aplica cada una.

a) Ecuación de Clapeyron

Es una importante relación termodinámica pues permite determinar la entalpía de vaporización (Hv) a una temperatura determinada midiendo simplemente la pendiente de la curva de saturación en un diagrama P vs T y el volumen específico del líquido saturado y el vapor saturado a la temperatura dada.

La ecuación de Clapeyron es aplicable a cualquier proceso de cambio de fase que suceda a temperatura y presión constante. Se expresa en una forma general como

Donde los subíndices 1 y 2 indican las fases que se presentan.

b) Ecuación de Clausius-Clapeyron:

Ln P2/P1= - (Hv/R) (1/T2-1/T1)

Es aplicable para para predecir dónde se va a dar una transición de fase: líquido-vapor y sólido-vapor.

4. Explicar qué representa el punto triple en un diagrama de fases. Proporcionar dos ejemplos.

Es el punto a determinada presión y temperatura en el cual se encuentran los tres estados de agregación de la materia.

Ejemplo 1: En el laboratorio a T=553K y P=1097mmHg encontramos el punto tripe del ciclohexano.

Ejemplo 2: Si abrimos un congelador en Nayarit con una presión de 458.8 mmHg y T=273.16K podremos notar que si hubiese un vaso lleno de agua ahí, coexisten las tres fases.

5. Definir los términos siguientes: temperatura de fusión, temperatura de ebullición, temperatura crítica, presión crítica, entalpía de fusión, entalpía de vaporización.

Temperatura de fusión: Temperatura a presión constante en la que una sustancia cambia de un estado sólido a líquido.

Temperatura de ebullición: Se define como la temperatura a la cual un sólido cambia de una fase líquida a una de vapor.

Temperatura crítica: Temperatura exacta en la cual añadiendo presión un gas no puede ser licuado, en esta temperatura el líquido y el vapor se homogenizan totalmente.

Presión crítica: Presión mínima necesaria para transformar un gas a líquido

Entalpía de fusión: cantidad de energía necesaria para que una sustancia pase de sólido a líquido.

Entalpía de vaporización: es la cantidad de energía necesaria para que una sustancia pase de estado líquido a vapor.

6. Investigar en la literatura los datos siguientes para el ciclohexano:

Temperatura de fusión normal(760mmHg) 279.85K

Temperatura de ebullición normal(760mmHg) 353.89K

Temperatura crítica 553.5K

Presión crítica 30550mmHg

ΔHf

2677.3J/mol

ΔHv

33893J/mol

Densidad del líquido 0.7918g/mL

Densidad del solido 0.9g/mL

PROPUESTA DEL DISEÑO EXPERIMENTAL

1-Para obtener el punto de fusión del ciclohexano colocar una muestra de aproximadamente 10 mL en un tubo de ensayo y colocarlo en un baño hielo-sal, registrar la temperatura de fusión directamente.

2 – A partir de un baño hielo-sal conectado a una bomba de vacío con un termómetro en el interior determinar el punto crítico al que se llega.

3-En un sistema de destilación determinar la temperatura de equilibrio líquido-vapor a la presión atmosférica.

RESULTADOS.

Completar la tabla 1 con los datos experimentales, reportados y calculados.

Tabla 1. Datos experimentales, reportados y calculados, para las diferentes transiciones de fase.

Equilibrio Proceso P (mmHg) T (°C) T (K)

Datos Experimentales S-L

Punto de fusión 585 6.6 279.75

L-V

Punto de ebullición 585 71 344.15

S-L-V

Punto triple 109.7 6.5 279.75

Datos Teóricos S-L

(∆Hfus

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