Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Transcripción

1 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Equilibrio y Cinética CONSRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES DEL CICLOHEXANO rofesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

2 OBJEIO GENERAL Interpretar el diagrama de fases de una sustancia pura, construido a partir de datos de y obtenidos a través de diferentes métodos.

3 OBJEIOS ARICULARES: 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 y or). c. Deducir las propiedades termodinámicas involucradas en diferentes transiciones de fase.

4 ROBLEMA: Construir el diagrama de fases del ciclohexano a partir de datos obtenidos en la literatura, experimentales y calculados. C6H 12( l) C6H 12 ( g) H m, 0 C6H 12( s) C6H 12 ( l) H m, fus 0

5 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? orción homogénea del sistema físicamente distinguible y mecánicamente separable. Estabilidad de una fase: Una fase es termodinámicamente estable en el intervalo de y en el cual tiene un potencial químico menor que cualquier otra fase.

6 CÓMO ES UN DIAGRAMA DE FASES?

7 INFORMACIÓN QUE SE UEDE OBENER DE LOS DIAGRAMAS DE FASE: Información que se puede obtener de los diagramas de fase: * CONOCER que fases están presentes a diferentes y bajo condiciones de equilibrio. IDENIFICAR la a la cual comienza a haber un cambio de fase. CALCULAR las líneas de tendencia que representan los cambios de conforme varía la, (/d). Esta DEERMINACIÓN se puede calcular con las ecuaciones de Clapeyron o de Clausius-Clapeyron. * ESECIFICAR cuántas variables son necesarias para determinar la fase o fases del sistema cuando se encuentra en equilibrio.

8 REGLA DE LAS FASES DE GIBBS Es una expresión que permite caracterizar completamente a un sistema termodinámico a partir del número de propiedades intensivas independientes. f = c p + 2 Sustancia pura: c = 1 f: 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 p = 1 f = = 2 y p = 2 f = = 1 o p = 3 f = = 0

9 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). d S trans trans L- S- S-L S S S L m m L m m d S S S S sub m m S sub m m d S S S L S fus m m L S fus m m d

10 ECUACIÓN DE CLAUSIUS-CLAEYRON Equilibrio líquido-or: d S S H d H m L m m L m El or obedece el modelo ideal: m m R d H H 2 R R d H m, R 1 2 1

11 ECUACIÓN DE CLAUSIUS-CLAEYRON Equilibrio sólido-or: d m S sub sub sub m R / S sub H sub H m, sub R H d sub sub Equilibrio sólido-líquido: d S fus fus S fus H fus d H fus fus H fus fus d 2 1 H fus 2 fus 1

12 Equilibrio Líquido-apor H m, R Equilibrio Sólido-apor Ecuación de Clausius-Clapeyron H m, sub R Ecuación de Clausius-Clapeyron Equilibrio Sólido-Líquido 2 1 H fus 2 fus 1 Ecuación integrada de Clapeyron Entalpía de sublimación: H sub H fus H

13 DIAGRAMA DE FASES EN SISEMAS DE UN COMONENE LÍQUIDO unto de ebullición normal: emperatura a la que la presión de or del líquido es igual a la presión de 1 atm. SÓLIDO unto de fusión normal: emperatura a la que funde el sólido si la presión es de 1 atm. AOR GAS Curvas de resión de apor emperatura de fusión a emperatura de ebullición a

14 Cómo se va a construir el diagrama de fases? 1.- 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 2 en un punto de equilibrio L- cercano a la temperatura de ebullición normal. 2 H m, 1 1 R R 2 H 1 1 1

15 Cómo se va a construir el diagrama de fases? 4.- Calcular con la ecuación de Clausius-Clapeyron una 2 en un punto de equilibrio L- cercano a la temperatura de ebullición obtenida a la presión atmosférica del laboratorio. 2 1 R 2 H Calcular una temperatura 2 en un punto de equilibrio S-. Este punto puede calcularse utilizando como referencia el punto triple experimental y el ΔH m de sublimación teórico (ΔH sub = ΔH + ΔH fus ) 2 1 R 2 H 1 sub 1 1

16 DEERMINACIÓN DE LA EMERAURA DE EBULLICIÓN Y UNO RILE Equipo de determinación del punto de ebullición del ciclohexano Equipo de determinación del punto triple del ciclohexano

17 DEERMINACIÓN DE LA EMERAURA DE FUSIÓN DEL CICLOHEXNO: CURA DE ENFRIAMIENO 0 C 0 emperatura de congelación t (s)

18 abla 1: Datos experimentales Equilibrio: Estado: / (mm Hg) t / (ºC) / (K) S-L unto de Fusión L- unto de Ebullición S-L- unto triple abla 2: Datos teóricos Equilibrio: Estado: / (mm Hg) t / (ºC) / (K) S-L H fus = J/mol L- H = J/mol S-L- Condición: unto normal de fusión unto normal de ebullición unto triple unto crítico

19 ablas de datos calculados abla 3: Equilibrio S-L: Condición: / (mm Hg) t / (ºC) / (K) unto triple = pt t = t pt = pt unto de fusión en Cd. México = atm unto normal de fusión 760 abla 4: Equilibrio S- H sub = J/mol / (mm Hg) t / (ºC) / (K) = pt t = t pt = pt pt atm man H sub H fus H 1 pt 1 pt 1 R 2 H 1 sub 1 1

20 ablas de datos calculados abla 5: Equilibrio L- H = J/mol / (mm Hg) t / (ºC) / (K) = pt t = t pt = pt atm Cd. México t = t eb = eb pt 1 pt 1 R 2 H atm 1 eb Cd. de México 2 1 R 2 H

21 abla 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 unto triple f = c p + 2