LU14LFQII A

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUIMICA E ING. QUIMICADEPARTAMENTO ACADEMICO DE FISICOQUIMICA

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA IITEMAREGLA DE FASES

PROFESORPANTOJA

ALUMNOSCHOQUE ROSALES, Estefany ElizabethFEBRES ESPINOSA, MauricioYAGUA FARFAN, Emily Lucero

FECHA DE REALIZADO20/04/2015

FECHA DE ENTREGA27/04/2015

CIUDAD UNIVERSITARIATABLA DE CONTENIDOI. RESUMEN....3

II. INTRODUCCIN4

III. PRINCIPIOS TERICOS.5

IV. TABLA DE DATOS.7

V. EJEMPLOS DE CLCULOS..11

VI. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS..14

VII. CONCLUSIONES..15

VIII. RECOMENDACIONES..15

IX. BIBLIOGRAFA.16

X. APNDICEa. Cuestionario.....17b. Grficas.......21c. Hoja de reporte.....241. RESUMENEn esta experiencia se estudi REGLA DE FASES, con el cual el nmero de variables a que se encuentra sometido un equilibrio heterogneo cualquiera, queda definido bajo ciertas condiciones experimentales definidas.El objetivo de esta prctica es determinar experimentalmente el diagrama de fases y la curva de enfriamiento de una mezcla binaria cuyos componentes no se combinan qumicamente, no son miscibles en estado slido, pero son solubles en estado lquido.En esta experiencia se determin el diagrama de fases de muestras de diferentes composiciones de Naftaleno y diclorobenceno QP, y las curvas de enfriamiento de estos.Las condiciones de laboratorio fueron a una presin de 756mmHg, temperatura de 24C y una humedad relativa al 96%.El equipo de trabajo ya estaba armado, los tubos de prueba grandes ya contenan las muestras preparadas por lo que se inici con la fundicin de las muestras en un vaso grande con agua.Cuando se tom la temperatura de las muestras se trat que la diferencia de temperaturas entre la muestra y el agua fuera de 2 o 3 grados. Se observ la formacin de cristales mientras la temperatura se tornaba constante a medida que esta descenda. Se calcul el punto eutctico y el calor latente de fusin de los componentes trabajados.En nuestra experiencia el punto eutctico es la interseccin de las dos curvas en nuestro diagrama de fases, la cual fue 47 C, comparado con el valor terico de 32 C se obtuvo un % de error de 45.96%.Tambin se calcul el calor latente de fusin del diclorobenceno el cual result 4357.1686, comparado con el terico de 4353.92 resulta un error de 0.0746%. El calor latente de difusin del naftaleno result 4567.89, comparado con el valor terico de 456.23 resulta un error de 0.01445%.

2. INTRODUCCION

3. PRINCIPIOS TEORICOSFASE:Es cualquier fraccin, incluyendo la totalidad,de un sistema que es fsicamente homogneo en smismo y unido por una superficie que es mecnicamente separable de cualquier otra fraccin. Una fraccin separable puede no formar un cuerpo continuo, como por ejemplo un lquido dispersado en otro. Un sistema compuesto por una fase eshomogneo Un sistema compuesto por varias fases esheterogneo. Para los efectos de la regla de las fases, cada fase se considera homognea en los equilibrios heterogneos.

COMPONENTE:Componente de un sistema es el menor nmero de constituyentes qumicos independientemente variables necesario y suficiente para expresar la composicin de cada fase presente en cualquier estado de equilibrio.

GRADO DE LIBERTAD:Es el nmero de variables intensivas que pueden ser alteradas independientemente y arbitrariamente sin provocar la desaparicin o formacin de una nueva fase. Variables intensivas son aquellas independientes de la masa: presin, temperatura y composicin. Tambin se definen con el nmero de factores variables.CALOR LATENTELa cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase se llama calor latente; existen calores latentes de sublimacin, fusin yvaporizacin.

REGLA DE FASESLa regla de fases propuesta inicialmente por Willard Gibbs en 1876 establece que:F + P = C + 2 (1)Donde F son los grados de libertad de un sistema de C componentes y P fases, cuando la temperatura y presin son las nicas variables aparte de la concentracin. Para estudiar relaciones de puntos de fusin de un sistema de un sistema binario, se considera que la presin es constante y que el sistema es condensado. Para un sistema de dos componentes de este tipo, la regla de fases se reduce a:F + P = C + 1 (2)Por consiguiente cuando coexisten 3 fases, la temperatura ha de ser constante, y si coexisten 2 fases habr un grado de libertad. El diagrama de fases para un sistema binario se obtiene graficando la temperatura de solidificacin vs la fraccin molar, utilizando los datos de las curvas de enfriamiento de mezclas de composiciones diferentes.La relacin entre solubilidad y el punto de congelacin de un componente en una mezcla binaria, est dada por:

Para el sistema a estudiar, la variacin del calor latente de fusin segn la temperatura absoluta T, para los componentes puros, est dada por las siguientes ecuaciones:

Reemplazando cada una de las ecuaciones (4) y (5) en la ecuacin (3) e integrando se obtienen las ecuaciones (6) y (7), mediante las cuales se calcula la fraccin molar del sistema en cualquier punto.

Punto eutctico:Temperatura mnima para que la sustancia existaen fase lquida.

4. TABLA DE DATOS

1 Tabla de condiciones de laboratorio

Temperatura (C)Presinatmosfrica (mmHg)Humedad relativa (%)

2475696

2 Tabla de composiciones molares Tubo NXAXBTemp. Crist (C)

10153.3

20.1240.87646.8

30.190.8140.7

40.3560.64432.8

50.5340.46650.7

60.6710.32959.2

70.8540.14672.6

81080.5

3 Curvas de enfriamiento, del componente puro y de la mezcla: Para el componente puro en el tubo N8Tiempo(s)Temp tubo N8 (C)

082

1081.7

2081.4

3081

4081

5080.7

6080.6

7080.5

8080.4

9080.4

10080.5

11080.5

12080.5

4 Para la mezcla del tubo N7:Tiempo(s)Temp tubo N7 (C)

078.7

1078.5

2078.3

3078.0

4077.8

5077.5

6077.2

7077.0

8076.6

9076.4

10076.0

11075.8

12075.5

13075.3

14075.0

15074.7

16074.5

17074.2

18074.0

19073.7

20073.5

21073.2

22073

23072.6

5 Tabla numero para el tubo N1Tiempo (s)T(C)

0 66.4

1066.0

2065.0

3064.1

4063.7

5063.3

6063.0

7062.5

8062.2

9062.0

10061.8

11061.7

12061.5

13061.3

14061.0

15060.9

16060.4

17060.0

18059.9

19059.9

20059.7

21059.6

22059.5

23059.4

24059.0

25058.9

26058.7

27058.5

28058.3

29058.0

30057.8

31057.7

32057.5

33057.3

34057.0

35057.0

36056.8

37056.6

38056.4

39056.0

40056.0

41056.0

42055.8

43055.6

44055.4

45054.4

46054.8

47055.0

48054.9

49054.7

50054.6

51054.3

52054.3

53054.3

54054.1

55054.0

56054.0

57054.0

58054.0

59053.5

60053.3

61053.3

6 Tabla de resultados punto eutcticoValor tericoValor experimental% Error

Temperatura (C)32.24745.96

XA0.51290.52.51

XB0.48710.52.64

7 Tabla de resultados del calor latente de fusin

CompuestoCalor latente (terico) (cal/mol)Calor latente (experimental) (cal/mol)% Error

p-diclorobenceno4353.924357.16860.0746

naftaleno 4567.234567.890.01445

5 EJEMPLO DE CALCULOSClculos de las fracciones molares

P.M (p-C6H4Cl2) = 146.832g/mol P.M (C10H8) = 128.064 g/mol

Tubo 1:

Tubo 2:

Tubo 3:

Tubo 4:

Tubo 5:

Tubo 6:

Tubo 7:

Tubo 8:

Con los datos obtenidos anteriormente y las temperaturas de cristalizacin, se grafican los diagramas de fases.

Teniendo las fracciones molares experimentales y las temperaturas de cristalizacin, podemos obtener las siguientes graficas:Grafica 1:Temp. Cristalizacin (C) vs. Fraccin Molar de A (XA)

Grafica 2:Temp. Cristalizacin (C) vs. Fraccin Molar de B (XB)

Curvas de enfriamiento, del componente puro y de la mezcla:Con los datos obtenidos en la experiencia del laboratorio, tabulamos los datos de la temperatura con el tiempo y obtenemos los siguientes cuadros con sus respectiva grafica de curvas de enfriamiento: Para el componente puro en el tubo N8:Grafica 10.3:Temperatura (C) vs. Tiempo (s)

Para la mezcla del tubo N7Grafica 4:Temperatura (C) vs. Tiempo (s)

De los diagramas de fases que se obtuvieron se determin el punto eutctico y a la vez la temperatura y composicin de dicho punto.El punto eutctico puede definirse como la mxima temperatura a la que puede producirse la mayor cristalizacin del solvente y soluto, o tambin como la temperatura ms baja a la cual puede fundir una mezcla de slidos con una composicin fija. En nuestra experiencia nuestro punto eutctico es la interseccin de las dos curvas en nuestro diagrama de fases, entonces, la temperatura del punto eutctico y las composiciones de los componentes A y B son:

Grafica 10.5: Temperatura (C) vs. Fraccin molar

Mediante la ecuacin (7) se calcula la solubilidad del naftaleno (fraccin molar terica en la mezcla), para el rango de temperaturas observadas, entre el punto de cristalizacin del naftaleno y el punto eutctico.La ecuacin (7) es:

Reemplazando las temperaturas en K, tendremos las siguientes composiciones de solubilidad y/o fracciones molares

Para

Para

Para

Para

Para

1.7 Mediante la ecuacin (6) repetiremos el mismo procedimiento para 1.6, pero esta vez para el p-diclorobenceno (B).La ecuacin (6) es:

Reemplazando las temperaturas en K, tendremos las siguientes composiciones de solubilidad y/o fracciones molares Para

Para

Para

Para

Para

1.8 Clculo del calor latente de fusin de los componentes puros en sus puntos de fusin observados. Y clculo de los valores tericos correspondientes.

Tubo 1, para el p-diclorobenceno (p-C6H4Cl2) se utiliza la siguiente ecuacin:

Reemplazando para el Calor Latente Experimental, donde :

Reemplazando para el Calor Latente Terico, donde :

Tubo 8, para el naftaleno (C10H8) se utiliza la siguiente ecuacin:

Reemplazando para el Calor Latente Experimental, donde :

Reemplazando para el Calor Latente Terico, donde :

1.9 Determinacin del nmero de grados de libertad en el punto eutctico usando las ecuaciones (1) o (2). Nosotros utilizaremos la ecuacin (2) la cual es:

En el punto eutctico coexisten tres fases (P), dos componentes (C), por lo tanto reemplazando, tendremos:

6 ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS* La causa de tener un error considerable en el clculo del punto eutctico es que nosotros trabajamos con muestras que ya estaban preparadas y posiblemente las concentraciones no sean las mismas que registra la gua; otra posible causa es que al momento de calentar los tubos con las muestras estas se destaparon por un largo tiempo, lo cual ocasiona perdida de muestra ya que se pierde por evaporacin

7 CONCLUSIONES Al realizar el diagrama de fases se determin que el punto eutctico experimental es 47.0, siendo el valor terico del punto eutctico 32C teniendo un % de error de 45.96% Al agregar un solvente a un determinado soluto se observa que el punto de congelacin no es el mismo que de la sustancia pura y esto lo observamos experimentalmente al comparar la temperatura de cristalizacin de la muestra pura y de la mezcla. *Respecto al diagrama de fases de un sistema binario, al juntar las dos graficas de fraccin molar de cada componente con su punto de cristalizacin estas convergen en un punto en donde se ubica la temperatura mnima a la cual se pueden fusionar las sustancias a una determinada composicin, el cual es llamado el punto eutctico.

8 RECOMENDACIONES

Calentamiento lento con mechero para lograr un destilado ptimo y para evitar que la solucin llegue a una ebullicin brusca y pase a la zona de destilado.

Tratar de tapar rpidamente el sistema despus de aadir el 1-propanol para evitar su volatilizacin.

Despus del calentamiento y ya tomado la temperatura de ebullicin, enfriar con hielo el sistema para evitar en el momento de tomar la muestra de residuo que el propanol se volatilice debido a la elevada temperatura.

9 BIBLIOGRAFIA Atkins; Fisicoqumica; 3era edicin; Ed. Omega; Barcelona 1999;pag 200 Maron y Prutton; Fundamentos de fisicoqumica ;1 edicin; editorial Limusa ; 2003;pag. 286-293. Castellan; Fisicoquimica; 2da edicin; Ed. Addison Wesley Iberoamericana S.A; Mexico 1998; cap 12 cap13 cap 15

http://es.wikipedia.org/wiki/Eut%C3%A9ctico

http://www.uib.cat/facultat/ciencies/prof/juan.frau/qfI/teoria/tema11.pdf

http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/cide01/cap1/1-4-1-a.html

10 APENDICEA. CUESTIONARIOB. Qu es un diagrama de fases? Cul es su importancia?el diagrama de fases nos muestra de inmediato las propiedades de la sustancia, temperatura de fusin, de ebullicin, puntos de transicin y triple. Cada punto del diagrama de fases representa un estado del sistema, dado que estableces valores de temperatura y presin. Las lneas en el diagrama de fases lo dividen en regiones, solido, liquito y gas. La importancia de este diagrama radica en que podemos predecir en que estado de encontrara una sustancia sabiendo su temperatura y su presin es decir, si el punto que describe el sistema se encuentra en la regin solida, la sustancia existe como solido. Si el punto cae en la regin liquida, la sustancia existe como liquido. Si el punto se localiza sobre una lnea como la lnea liquido-gas la sustancia existe como liquido y como vapor en equilibrio.Exite un limite para la curva liquido-gas que se encuentra en la parte superio definido a la temperatura y presin criticas, ya que no es posible distinguir entre el liquido y el gas por arriba de esta presin y temperatura, en esta zona el liquido es un fluido supercritico C. Qu entiende usted por un sistema eutctico simple?si una solucin liquida de dos sustancias A y B se enfria a temperaturas suficientemente bajas, aparecer un solido. Esta temperatura es el punto de congelacin de la solucin y depende de la composicin. En el sistema eutctico existe un punto minimo en el cual puede existir fase liquida este punto se llama punto eutctico E el cual se encuentra a una composicin especifica Xela lnea GE es la curva de la temperatura de congelacin en funcin de B. los puntos debajo de a representa estados en los cuales el solido B puro esta en equilibrio con la solucin de composicin b.un punto sobre EF representa solidoa B puro en equilibrio con la solucin de composicin Xe

D. En un diagrama de punto eutctico simple, explique la aplicacin de la regla de la palancaLa regla de la palanca nos sirve para hallar cuantitativamente las cantidades relativas de cada componente en un diagrama de dos fases que estn en equilibrio por ejemplo y que estan en equilibrio, se miden las distancias l y l a lo largo de la linea de conexion horizontal y se utilza la regal de la palanca