Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Transcripción

1 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES DEL CICLOHEXANO Profesora: M. en C. Gregoria Flores Rodríguez

2 EQUILIBRIO ENTRE FASES CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES I. OBJETIVO GENERAL Interpretar el diagrama de fases de una sustancia pura, construidoa partir de datos de presión y temperatura obtenidos a través de diferentes métodos. III. PROBLEMA Construir el diagrama de fases del II. OBJETIVOS PARTICULARES a. Comprender la información que proporcionan la regla de las fases de Gibbs y la ecuación de Clausius-Clapeyron. b. Distinguir los equilibrios entre las diferentes fases (sólido, líquido, vapor). c. Deducir las propiedades termodinámicas involucradas en la transición de fases. ciclohexano a partir de datos obtenidos en la literatura, experimentales y calculados.

3 Equilibrio entre fases. Construcción de un diagrama de fases Que es un diagrama? Figura gráfica que representa las relaciones entre las diferentes partes de un conjunto o sistema. Qué es una fase? Parte de la materia que tiene un estado físico uniforme y diferenciado de las demás fases. Una fase es termodinámicamente estable en el intervalo de T en el cual tiene un potencial químico menor que cualquier otra fase.

4 QUÉ ES UN DIAGRAMA DE FASES? Son representaciones gráficas de las fases que están presentes en un sistema a varias T y P La mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de equilibrio en sistemas de un componente o varios.

5 CÓMO ES UN DIAGRAMA DE FASES? P L S G T

6 Diagrama de fases

7 Información que se puede obtener de los diagramas de fase: * CONOCER que fases están presentes adiferentesp y T bajo condiciones de equilibrio. * IDENTIFICAR la T a la cual comienzan a fundirse diferentes fases. CALCULAR las líneas de tendencia que representan los cambios de P conforme varia 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.

8 Los diagramas de fase de un solo componente es una representación gráfica de la ecuación de Clapeyron o de la ecuación de Clausius-Clapeyron. Este Resultado es la pendiente del límite de fases en cualquier punto es exacto y es aplicable a cualquier transición de fases de una sustancia pura.

9 REGLA DE LAS FASES DE GIBBS Para caracterizar completamente a un sistema termodinámico es necesario conocer el valor de un número de VARIABLES intensivas INDEPENDIENTES. f = c p + 2 Sustancia Disoluciónpura: acuosa c = sobresaturada de NaCl y sacarosa, KCl, en equilibrio: en con su vapor: f: número de variables intensivas independientes p= (grados f= de libertad +2=2 del sistema) T y P c: c=cc número NaCl, 6 H 2 OKCl, de 6,H componentes 2 HO=2 2 O=3 químicos del sistema p=2 p: p = sólido, f=, líquido, sólido 2+2= gas 2, líquido =3 T= o3 P número de fases presentes en el sistema p=3 f=2 f=3 3+2= 3+2=2 f= 3+2=0 ej.t y P

10 La regla de las fases de Gibbs indica el número de variables intensivas independientes que describen al sistema. f = c p + 2 La ecuación de Clapeyron es una relación termodinámica exacta que indica la tendencia de las líneas de equilibrio (pendiente). dp dt S V trans trans L-V S-V S-L dp Svap S( g) S( l) dt V V ( g) V ( l) vap dp Ssub S( g) S( s) dt V V ( g) V( s) sub dp S fus S() l S( s) dt V V () l V ( s) fus

11 Equilibrio Líquido-Vapor ln P H 2 vap P R T2 T Ecuación de Clausius-Clapeyron Equilibrio Sólido-Vapor ln P2 H sub P R T2 T Ecuación de Clausius-Clapeyron Equilibrio Sólido-Líquido P H T fus 2 2 P ln Vfus T Ecuación integrada de Clapeyron

12 DIAGRAMA DE FASES EN SISTEMAS DE UN COMPONENTE Punto de ebullición normal: Temperatura a la que la presión de vapor del líquido es igual a la presión de atm. Punto de fusión normal: Temperatura a la que funde el sólido si la presión es de atm. Curvas de Presión de Vapor Temperatura de fusión a P Temperatura de ebullición a P

13 Cómo se va a construir el diagrama de fases?.- Encontrar experimentalmente a las condiciones del laboratorio, el punto triple de la sustancia escogida (ciclohexano). 2.- Determinar experimentalmente las temperatura de ebullición y de congelación a las condiciones de presión del laboratorio. 3.- Calcular con la ecuación de Clausius-Clapeyron una T 2 en un punto de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición normal. ln P H 2 vap P R T2 T T 2 H vap T H RT vap ln P2 P

14 Cómo se va a construir el diagrama de fases? 4.- Calcular con la ecuación de Clausius-Clapeyron una T 2 en un punto de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición obtenida a la presión atmosférica del laboratorio. T 2 H vap T H RT vap ln P2 P 5.- Calcular una temperatura T 2 en un punto de equilibrio S-V. Este punto puede calcularse utilizando como referencia el punto triple experimental y el ΔH de sublimación teórico (ΔH sub = ΔH vap + ΔH fus ) T 2 H sub T H RT sub ln P P 2

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16 Profesora: M. en C. Gregoria Flores Rodríguez Por su atención Gracias! Gracias por su atención!