Laboratorio de transformación de fases

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MATERIALES

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CONSTRUCCIÓN DE DIAGRAMA; ENERGÍA LIBRE DE GIBBS EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA PARA EL SISTEMA BINARIO DE COBRE(Cu) SÓLIDO Y LÍQUIDO

Informe N.º 01

CURSO:

LABORATORIO DE TRANSFORMACIÓN DE FASES

DOCENTE:

DR. ING. RODRÍGUEZ VALDIVIA MARCELO

PRESENTADO POR EL ESTUDIANTE:

MAMANI AGUIRRE CRISTIAN ANDREE

AREQUIPA – PERÚ

2023

1. RESUMEN

El presente trabajo tiene como objetivo principal analizar las propiedades termodinámicas del cobre y su influencia en las transformaciones de fase y procesos termoquímicos relacionados. Para ello, se ha elaborado un diagrama de energía libre de Gibbs en función de la temperatura para el sistema binario de cobre. Seguidamente se explica la importancia del estudio termodinámico del cobre y se establecen los objetivos generales y específicos que se persiguen con este informe. A continuación, se presentará una revisión bibliográfica que describe las propiedades termodinámicas del cobre, como su entalpía, entropía y energía libre, así como los estados sólido y líquido del cobre. En la metodología, se detallarán los modelos matemáticos utilizados para determinar la energía libre de Gibbs y se explican los cálculos necesarios para construir el diagrama de energía libre de Gibbs en función de la temperatura para el sistema binario de cobre. En la sección de resultados, se presentan los diagramas de energía libre de Gibbs del cobre en sus dos fases y se analizan las regiones de estabilidad involucradas. Finalmente se presentan las conclusiones del trabajo y análisis realizados.

La importancia del trabajo realizado reside en la información valiosa obtenida sobre las propiedades termodinámicas del cobre y su influencia en los procesos termoquímicos relacionados. Debido a que, el diagrama de energía libre de Gibbs en función de la temperatura para el sistema binario de cobre, es una herramienta útil para predecir la espontaneidad y el equilibrio de los procesos químicos relacionados con el cobre. En resumen, este trabajo presenta una revisión bibliográfica detallada sobre las propiedades termodinámicas del cobre, describe los modelos matemáticos utilizados para determinar la energía libre de Gibbs y presenta los resultados obtenidos en forma de diagramas y tablas.

1. OBJETIVOS

1. OBJETIVO GENERAL

Elaborar un diagrama de energía libre de Gibbs en función de temperatura para el sistema binario de cobre. Investigar la influencia de la temperatura y la composición en las propiedades termodinámicas del cobre, como la entalpía, entropía y energía libre de Gibbs, para comprender mejor los estados de fase y los procesos termoquímicos relacionados.

1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Recopilar, identificar y analizar la literatura existente sobre el cobre y sus propiedades termodinámicas y estados de agregación. Estudiar, y realizar los cálculos necesarios para para comprender los fundamentos de la energía libre de Gibbs utilizando los modelos y ecuaciones adecuados para determinarla.
• Estudiar los diagramas de energía libre de Gibbs del cobre en sus dos fases y analizar las regiones de estabilidad de dichas fases involucradas.
• Estudiar el efecto del aumento de temperatura en la entropía y energía libre de Gibbs del sistema de cobre en función de la temperatura.

1. FUNDAMENTO TEÓRICO

Es útil comenzar este trabajo sobre termodinámica definiendo algunos de los términos que será de uso frecuente, ya que nos ocuparemos de los cambios que pueden ocurrir dentro de un sistema dado. “Una fase se puede definir como una porción del sistema cuyas propiedades y composición son homogéneas y que es físicamente distinta de otras partes del sistema” (Porter A. David. 2022). Los componentes de un sistema dado son los diferentes elementos o compuestos químicos que componen el sistema, y ​​la composición de una fase o el sistema se puede describir dando las cantidades relativas de cada componente. Derivadamente, el estudio de las transformaciones de fase, como sugiere su nombre, se ocupa de cómo una o más fases en un sistema (ej. aleaciones), cambian a una nueva fase o mezcla de etapas. La razón por la que ocurre una transformación es porque el estado inicial del sistema es inestable en relación con el estado final. Pero, ¿cómo se mide la estabilidad de fase? La respuesta a esta pregunta la proporciona la termodinámica. Para transformaciones que ocurren a temperatura y presión constantes, la estabilidad relativa de un sistema es determinado por su energía libre de Gibbs

1. TERMODINÁMICA: “La termodinámica se puede definir como la ciencia de la energía” (Cengel & Boles, 2012). El término termodinámica proviene de las palabras griegas therme (calor) y dynamis (fuerza), lo cual corresponde a lo más descriptivo de los primeros esfuerzos por convertir el calor en energía. Una de las más importantes y fundamentales leyes de la naturaleza es el principio de conservación de la energía” (Cengel & Boles, 2012). La primera ley de la termodinámica es simplemente una expresión del principio de conservación de la energía, y sostiene que la energía es una propiedad termodinámica. La segunda ley de la termodinámica afirma que la energía tiene calidad, así como cantidad, y los procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la energía” (Cengel & Boles, 2012).
2. ENTALPÍA(H.):

La entalpía, también presentada como: “contenido de calor” (G. S. Uphadyaya, 1977). Es una función de estado y está relacionada con la primera ley de la termodinámica o también conocida como Ley de la conservación de la energía y su aplicación exige la evaluación de la energía interna o la entalpía de la mezcla en los diferentes estados que pueda encontrarse u obtenerse un sistema a presión constante (Porter A. David 2022). Se define así la entalpía con la siguiente ecuación:

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En reacciones exotérmicas (que desprende energía en forma de calor), el valor de la entalpía será negativa, y si la reacción es endotérmica (que para efectuarse necesita calor), será positiva.

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