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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y TEXTIL rea Acadmica de Ingeniera Qumica

LABORATORIO N 01 DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA BINARIO QU-435 B Realizado por: JARA CACHIQUE, lvaro Jess QUISPE ALEGRA, Carlos Alejandro ROJAS BUSTILLOS, Eric Fritz SANCHEZ CHOQUE, Anderson Agustn 20092187J 20090119G 20090230E

Profesor de prctica: Ing. CARDENAS MENDONZA, Javier

Periodo Acadmico: 2011 I Fecha de Realizacin de la prctica: 05/04/11 Fecha de presentacin del informe: 12/04/11

LIMA PER

2011

1.- Objetivos 2.- Fundamento Terico 3.- Datos 4.- Parte Experimental 5.- Clculos 6.- Discusin de Datos 7.- Conclusiones 8.- Recomendaciones 9.- Bibliografa

Laboratorio de Fsico-Qumica II

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1.- OBJETIVOS Construccin del diagrama de fases (T vs Xa) del equilibrio slido-lquido a partir del anlisis trmico de disolucin de diferente composiciones e identificacin de zonas que presenta 2.- FUNDAMENTO TERICOUn diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinacin de temperatura y composicin de la aleacin. El objetivo es construir el diagrama de fases slidolquido de un sistema binario que presenta punto eutctico simple, mediante el anlisis trmico. La aleacin plomo-estao presenta un diagrama de fases de este tipo. Un sistema de binario es influenciado por tres variables: temperatura, presin, composicin. Esta representacin tridimensional se simplifica si se fija la presin, generalmente igual a la atmosfrica. La representacin de temperatura vs. composicin para un sistema binario genrico A-B se indica en la Figura 1.

Figura 1 - Esquema de un diagrama binario A-B con eutctico simple.


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Un sistema eutctico es aquel en el cual los componentes presentan completa solubilidad en estado lquido, pero solubilidad slida limitada. Cuando una aleacin eutctica solidifica, los tomos de los metales componentes se segregan para formar regiones de los metales originales casi puros. Considerando un sistema de dos componentes A y B a una determinada presin, un sistema con comportamiento eutctico simple presenta las siguientes cuatro regiones con:

Miscibilidad total en fase lquida (Lquido) Miscibilidad parcial o inmiscibilidad total de fases slidas (slido A + slido B) Lquido + slido A Lquido + slido B

Las curvas de la Figura 1 indican el equilibrio termodinmico de las fases involucradas. Siendo E el punto eutctico, las lneas BE y AE representan las lneas de lquidos, mientras que la lnea horizontal es la llamada lnea eutctica,. En el sistema se distinguen tres tipos de aleaciones: la aleacin eutctica, definida por el punto E, las aleaciones hipoeutcticas a la izquierda del punto E y las hipereutcticas a la derecha del punto E. El punto c se ubica dentro de regin de lquido + slido B y representa el equilibrio entre la solucin lquida de composicin y el slido B puro. Las temperaturas de fusin de las componentes puras TA o TB establecen la temperatura mxima del diagrama binario. La temperatura eutctica se encuentra por debajo de ellas. Aplicando la regla de las fases se determina los grados de libertad de cada una de las regiones. En la Figura 2 se indica el diagrama binario plomo-estao (Pb-Sn), que se analiza en el presente trabajo.

Figura 2 Diagrama binario Pb- Sn.


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El diagrama presenta miscibilidad completa en la fase lquida L y miscibilidad parcial en estado slido, observndose dos zonas correspondientes a las soluciones slidas y . El diagrama se completa con las siguientes regiones de equilibrio: lquido L + fase , lquido L + fase y +, (Rhines, 1956). La temperatura eutctica es de 183C y su composicin msica de 61,9 m% de Sn y 38,1 m% de Pb. El punto de fusin del estao se ubica a 327C y el del plomo a 232C.

3.- PARTE EXPERIMENTAL: 3.1 DATOS: A.- Datos Temperatura de desaparicin del cristal:Grupo %KCl T(C) de desap. del cristal T(C) eutctica I 4,9 -1 -11 II 10,2 -3,2 -11 III 15 -3,5 -11 IV 25 22 -11 V 26,8 28 -11

B.- Datos a distintas Concentraciones (Tiempo Temperatura): B.1.- Datos al 15% de KCl :Tiempo (mm:ss) 00:00 00:20 00:40 01:00 01:20 01:40 02:00 02:20 02:40 03:00 03:20 03:40 04:00 04:20 04:40 05:00 05:20 05:40 06:00 06:20 06:40 Temperatura (C) 26,00 24,00 22,00 18,00 16,00 13,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0 -1,00 -2,50 -4,00 -5,00 -6,00 -7,00 -8,00 -8,50 -9,00 07:00 07:20 07:40 08:00 08:20 08:40 09:00 09:20 09:40 10:00 10:20 10:40 11:00 11:20 11:40 12:00 12:20 12:40 13:00 13:20 13:40 14:00 -10,00 -11,00 -11,00 -12,00 -12,00 -13,00 -13,00 -13,50 -8,00 -8,50 -9,00 -9,00 -9,00 -9,50 -10,00 -10,50 -11,00 -11,00 -11,00 -11,50 -11,50 -12,00


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B.2.- Datos al 25% de KCl:Tiempo (mm:ss) 00:20 00:40 01:00 01:20 01:40 02:00 02:20 02:40 03:00 03:20 03:40 04:00 04:20 04:40 05:00 05:20 05:40 06:00 06:20 06:40 07:00 07:20 07:40 08:00 08:20 08:40 09:00 09:20 09:40 10:00 10:20 10:40 11:00 11:20 11:40 12:00 12:20 12:40 13:00 13:20 Temperatura (C) 17,00 14,50 13,50 11,00 9,50 8,00 7,00 6,00 5,00 3,50 2,50 2,00 1,00 0 -0,50 -1,00 -1,50 -2,50 -3,00 -3,40 -3,50 -4,00 -4,50 -5,00 -5,00 -5,00 -5,10 -6,00 -6,10 -6,50 -6,70 -7,00 -7,20 -7,20 -7,20 -7,50 -7,70 -7,90 -8,00 -8,10 13:40 14:00 14:20 14:40 15:00 15:20 15:40 16:00 16:20 16:40 17:00 17:20 17:40 18:00 18:20 18:40 19:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 21:00 21:20 21:40 22:00 22:20 22:40 23:00 23:20 23:40 24:00 24:20 24:40 25:00 25:20 25:40 26:00 26:20 26:40 27:00 -8,30 -8,50 -8,80 -9,00 -9,00 -9,30 -9,30 -9,30 -9,30 -9,30 -9,50 -9,50 -9,60 -9,80 -9,90 -10,00 -10,10 -10,10 -10,20 -10,20 -10,30 -10,50 -10,60 -11,00 -11,10 -11,20 -11,20 -11,20 -11,30 -11,30 -11,30 -11,40 -11,50 -11,50 -11,70 -11,80 -11,90 -12,00 -12,10 -12,10 -12,10

C.- Datos al 26,8% de KCl:Tiempo (mm:ss) 00:20 00:40 01:00 01:20 01:40 02:00 02:20 02:40 03:00 03:20 03:40 04:00 04:20 04:40 05:00 05:20 05:40 06:00 06:20 06:40 07:00 07:20 07:40 08:00 08:20 08:40 09:00 09:20 09:40 10:00 10:20 10:40 11:00 11:20 11:40 12:00 12:20 12:40 13:00 13:20 Temperatura (C) 23,00 21,00 18,50 17,00 15,50 14,80 13,50 12,50 11,40 10,30 9,80 8,80 8,00 7,40 6,50 5,40 5,00 4,50 3,80 3,00 2,50 2,00 1,60 1,00 0,80 0,20 -0,20 -0,40 -1,20 -1,40 -1,80 -1,90 -2,20 -2,60 -3,00 -3,20 -3,50 -3,80 -4,20 -4,50 13:40 14:00 14:20 14:40 15:00 15:20 15:40 16:00 16:20 16:40 17:00 17:20 17:40 18:00 18:20 18:40 19:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 21:00 21:20 21:40 22:00 22:20 22:40 23:00 23:20 23:40 24:00 24:20 24:40 25:00 25:20 25:40 26:00 26:20 26:40 27:00 27:20 -4,70 -5,00 -5,10 -5,20 -5,40 -5,80 -6,00 -6,20 -6,30 -6,40 -6,70 -6,90 -7,00 -7,10 -7,15 -7,20 -7,40 -7,50 -7,80 -8,00 -8,20 -8,30 -8,35 -8,40 -8,60 -8,70 -8,90 -9,00 -9,10 -9,15 -9,20 -9,40 -9,40 -9,45 -9,45 -9,60 -9,70 -10,00 -10,00 -10,10 -10,20 -10,20

27:40 28:00 28:20 28:40 29:00 29:20 29:40 30:00 30:20 30:40 31:00 31:20 31:40 32:00 32:20 32:40 33:00 33:20 33:40 34:00 34:20

-10,20 -10,40 -10,40 -10,50 -10,60 -10,70 -10,80 -10,90 -10,90 -11,00 -11,10 -11,10 -11,10 -11,20 -11,20 -11,20 -11,30 -11,40 -11,50 -11,60 -11,70

34:40 35:00 35:20 35:40 36:00 36:20 36:40 37:00 37:20 37:40 38:00 38:20 38:40 39:00 39:20 39:40 40:00 40:20 40:40 41:00 41:20

-11,70 -11,80 -11,80 -11,90 -12,00 -12,10 -12,20 -12,20 -12,20 -12,30 -12,30 -12,30 -12,30 -12,35 -12,35 -12,40 -12,40 -12,40 -12,45 -12,45 -12,50

3.2 PROCEDIMIENTO: Nuestro sistema en estudio ser una mezcla de Cloruro de Potasio (KCl) a una concentracin de 26,8% en porcentaje en masa, con una base de solvente en agua. Para realizar nuestras mediciones, nuestro sistema ser colocado en un tubo, rodeado de una solucin de etanol con la finalidad de hacer que el flujo energtico sea uniforme en todo el sistema Todo el equipo fue colocado en contacto con hielo, al que previamente aadimos Cloruro de Sodio con la finalidad de evitar que pase a la fase lquida rpidamente, haciendo de esta forma que su temperatura disminuya Se tom nota de las temperaturas por cada intervalo de tiempo (20 seg.), con las que realizamos el grfico de Temperatura vs Tiempo Adems se tom nota de las temperaturas de desaparicin del cristal a las diferentes concentraciones, asignadas a cada grupo de trabajo; con estos datos realizamos el grfico Concentracin vs Temperatura Para ambos casos ubicamos el Punto Eutctico, y analizamos el comportamiento de este segn las variables de cada caso Finalmente podemos realizar la confrontacin con los datos tericos de la sustancia y los resultados obtenidos en la experiencia.


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4.- CLCULOS Analizando los datos obtenidos (26,8% de KCl): Realizamos la curva de enfriamiento

Grafica N1: Curva de enfriamiento del sistema Agua KCl (cuyo porcentaje en masa de KCl en el sistema es de 26,8%) La lnea verde muestra la temperatura eutctica, donde aproximadamente se puede observar que la curva de enfriamiento se mantiene constante. Anlogamente se realizan las dems curvas de enfriamiento en donde se debe obtener una misma tendencia.


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5.- DISCUSIN DE RESULTADOS A temperatura ambiente los cristales de KCl no son solubles, por eso fue necesario calentarlos hasta 28C aproximadamente En la curva de enfriamiento no se pudo observar el punto de inicio de formacin de cristales debido a que sta temperatura era de 28 C y la temperatura a la que se comienza a analizar los datos del sistema fue de 23C. La temperatura despus de alcanzar el punto eutctico sigue descendiendo pero debido a la temperatura del ambiente este descenso se detuvo muy cerca de la temperatura del punto eutctico, mantenindose constante a -12,5C, en general las anomalas de la curva de enfriamiento fueron debido a esta causa.

6.- CONCLUSIONES De acuerdo a los datos obtenidos observamos que el punto eutctico esta cercano a los -11 C El tramo horizontal, en la curva de Temperatura vs Tiempo, corresponde al Eutctico que est solidificando. Con el grfico Temperatura vs Tiempo pudo ser bosquejado en base a las mediciones realizadas en la experiencia, de esta forma obtenemos un esquema para realizar el anlisis del sistema en estudio

7.- RECOMENDACIONES Utilizar un termmetro digital para obtener mediciones ms precisas en los grficos bosquejados. Se recomienda el uso de un compartimiento especial para la solucin de agua y KCl de tal forma que la temperatura del ambiente no interfiera de forma determinante en la temperatura del sistema, esto se lograra si la caja de tecnopor sea completamente cerrada manteniendo una abertura para la lectura de la temperatura a travs del termmetro. El calentamiento del sistema hubiera sido adecuado hasta una temperatura por encima de la temperatura a la cual aparecen los primeros cristales, lo cual permitira observar ste punto en la curva de enfriamiento.


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8.- BIBLIOGRAFA Libros: Fundamentos de Fisicoqumica Samuel H. Marron & Carl F. Prutton. Editorial Limusa 1982. Mxico Gaston Pons Muzzo, Fisicoqumica, Lima-Per, Editorial Universo S.A. ,quinta edicin ,1981 ,pagns:467-470 .

Paginas web: http://cabierta.uchile.cl/revista/23/articulos/pdf/edu1.pdf http://books.google.com.pe/books?id=LQ3yebCDwWEC&pg=PA350&lpg=PA350&dq=punt o+eutectico+del+cloruro+de+potasio&source=bl&ots=W119Z9QZwd&sig=YMpLKSeYA9gEOy3y1f_k9Z_dB4&hl=es-419&ei=uEShTdWL4aMswbwn6SAAg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=7&ved=0CD8Q6AEwBg#v=o nepage&q&f=false


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