EQUILIBRIO ENTRE FASES CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES DEL CICLOHEXANO. Grupo: Equipo Fecha: Nombre(s):
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- Rocío López Juárez
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1 EQUILIBRIO ENTRE FASES CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES DEL CICLOHEXANO. Grupo: Equipo Fecha: Nombre(s): I. OBJETIVO GENERAL Interpretar el diagrama de fases de una sustancia pura, construido a partir de datos de presión y temperatura obtenidos a través de diferentes métodos. 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. III. PROBLEMA Construir el diagrama de fases del ciclohexano a partir de datos obtenidos en la literatura, experimentales y calculados. A1. CUESTIONARIO PREVIO 1. Expresar la regla de las fases de Gibbs. y explicar qué información proporciona en la construcción del diagrama de fases. 2. Definir los conceptos de componente, fase y grado de libertad. 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. 4. Explicar qué representa el punto triple en un diagrama de fases. Proporcionar dos ejemplos. 5. Definir los términos siguientes: temperatura de fusión, temperatura de ebullición, temperatura crítica, presión crítica, entalpía de fusión, entalpía de vaporización. 6. Investigar en la literatura los datos siguientes para el ciclohexano:
2 Temperatura de fusión normal Temperatura de ebullición normal. Temperatura crítica Presión crítica K K K atm H f Jmol -1 H v Jmol -1 Densidad del líquido g ml -1 Densidad del sólido g ml -1 A2. PROPUESTA DEL DISEÑO EXPERIMENTAL Llevar a cabo una discusión grupal, identificar las variables involucradas y plantear la hipótesis para proponer el diseño del experimento que pueda conducir a la resolución del problema planteado (considerar que en el laboratorio se dispone del material indicado en el punto A3). Anotar la propuesta en el Cuadro 1. Cuadro 1. Variables, hipótesis y propuesta del diseño de experimento.
3 A3. REACTIVOS Y MATERIALES Ciclohexano Sal de cocina en grano Hielo Punto triple: 1 Manómetro de mercurio 1 Bomba de vacío con trampa 1 Termómetro de mercurio de -1 a 101 C 1 Matraz bola 1 L con tapón trihoradado, 2 trampas de vapor 2 cubetas de plástico para introducir las trampas de vapor 3 Soporte universal con pinza mangueras de látex 1 Charola de plástico de 30cm x20 cm x15cm Equilibrio Líquido-vapor 1 Sistema de destilación fraccionada o simple Equilibrio Sólido- Líquido 1 Tubo de ensaye de 12 x 150 mm (15 ml) 1 termómetro digital de 10 a 100 C 1 vaso unicel. A4. METODOLOGÍA EMPLEADA Describir detalladamente en el cuadro 2 la metodología empleada después de haber realizado el experimento. Cuadro 2. Metodología empleada.
4 A5. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS 1. Completar la tabla 1 con los datos experimentales, reportados y calculados. 2. Algoritmo del cálculo a. Calcular la temperatura (T 2 ) en un punto de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición normal. b. Calcular la temperatura (T 2 ) en un punto de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición obtenida a la presión atmosférica del lugar de trabajo. c. Calcular una temperatura (T 2 ) en un punto de equilibrio S-V.
5 d. Calcular la entalpía de vaporización. TABLA 1. Datos experimentales, reportados y calculados, para las diferentes transiciones de fase. Equilibrio Proceso P(mmHg) T/ ( C) T/ (K) S-L Datos fusión experimentales L-V ebullición S-L-V Punto triple S-L ( H f = J fusión normal mol -1 ) Datos teóricos L-V ( H v = J ebullición mol-1) normal Condiciones críticas Datos calculados L-V ( H v = J mol -1 ) S-V ( H sub = J mol -1 ) Evaporación Sublimación
6 TABLA 2. Ordenar los datos de la tabla 1 en orden decreciente de presión. L-V S-L S-V P (mmhg) T (K) P (mmhg) T (K) P (mmhg) T (K) A6. ELABORACIÓN DE GRÁFICOS 1. Trazar el diagrama de fases presión (mmhg) en función de temperatura (K) para el ciclohexano con los datos registrados en la tabla 2. A7. ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. Calcular el número de grados de libertad en el diagrama de fases del ciclohexano indicados en la tabla 3 y explicar su significado. TABLA 3. Grados de libertad calculados para distintas regiones del diagrama de fases del ciclohexano. Fases (F) Grado de libertad (L) Significado Área Sobre la línea Punto Triple
7 A8. CONCLUSIONES A9. MANEJO DE RESIDUOS A10. BIBLIOGRAFÍA Castellan, G. (1987). Fisicoquímica. 2ª Edición, Addison-Wesley Iberoamericana, USA. Laidler, K. (1997). Fisicoquímica. CECSA, México. UAM (2006). Fundamentos de termodinámica. Obtenido el 18 de agosto de 2006 en: Riddick, J., Bunger, W., Sakano, T. (1970). Organic Solvents. Physical Propeties and Methods of Purification. Vol. II Techniques of Chemistry. 4a. edición, Ed. John Wiley and Sons, New York. The Merck Index (1996). S. Budavary (ed.). Twelfth edition, Merck and Co., Inc. Whtehouse Station, New York.
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