GASES

UNMSMFACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIALESCUELA DE INGENIERA INDUSTRIAL

Laboratorio De F.Q.BREGLA DE FASES

Profesor:

AGERICO, PANTOJA CADILLO

Alumnos:FERNANDEZ PEREZ, MICHELL

Turno:MARTES 8-10H

NDICEI.INTRODUCCION2

i.Objetivo:2

ii.Proceso Experimental2 Materiales2 iii.Conclusion9

II.OBJETIVO10

III.FUNDAMENTOS TEORICOS11

IV.CLCULOS Y RESULTADOS:13

V.CONCLUSION23

VI.APENDICE24

VII.CUESTIONARIO25

I. INTRODUCCION

El objetivo de la prctica de laboratorio es saber determinar experimentalmente el diagrama de fases, la curva de enfriamiento y encontrar el punto Eutctico de una mezcla binaria cuyos componentes no se mezclan qumicamente, es decir, que no son miscibles en estado slido, pero son solubles en estado lquido.Las condiciones de laboratorio en la que se realiz esta experiencia fueron temperatura a 23C, presin 756 mmHg , HR% igual a 96% y los reactivos que fueron utilizados fueron el naftaleno QP, p-diclorobenceno QP que fueron depositados en ocho muestras preparadas en dos sets de tubos de ensayo separados en grupos A y B.Durante la experiencia con estos tubos se not que la temperatura de cristalizacin vara ligeramente con referencia al valor aproximado considerado terico dispuesto en tablas. En algunos casos la diferencia de temperatura es bastante notoria, lo cual podra influir de forma significativa en el valor experimental, lo que lleva a un error importante.

II.-PROCEDIMIENTO Y MATERIALES2.1-MATERIALES:a) Instrumentos

FIGURA 2.1.1

8 TUBOS DE PRUEBA GRANDES

AGITADOR METLICO PEQUEO

AGITADOR METLICO GRANDE

VASOS DE 400ml Y 600 ml.

COCINILLA

NAFTALENO

P-DICLOROBENCENO

b) Reactivos

FIGURA 2.1.2

2.2_PROCEDIMIENTO: DETERMINACIN DE LAS CURVAS DE ENFRIAMIENTO FIGURA 2.2.1

Concluimos que trabajando con muestras puras es mucho ms fcil obtener resultados mucho ms precisos, lo cual indica que las muestras que son mezclas comnmente llevan a errores, los cuales son bastante difciles de identificar las causas que los engendran.Una recomendacin es que es necesario tratar de evitar que las muestras se contaminen con impurezas que puedan alterar tanto las temperaturas de fusin, as como su solubilidad, por lo que es necesario trabajar en un ambiente bastante limpio, y si se trata de muestras puras, se debe de tener mucho ms cuidado.

III.- OBJETIVOS

El objetivo de la prctica de laboratorio es saber determinar experimentalmente el diagrama de fases, la curva de enfriamiento y encontrar el punto Eutctico de una mezcla binaria cuyos componentes no se mezclan qumicamente, es decir, que no son miscibles en estado slido, pero son solubles en estado lquido.

IV.-FUNDAMENTOS TEORICOS

REGLA DE FASES DE GIBBS:Esta regla nos define los grados de libertad que posee el sistema dependiendo del tipo de variables que consideremos. Establece la siguiente relacin:

Donde:F= nmero de grados de libertadC= nmero de componentes.P= nmero de fases presentes. Y el 2 = es el nmero de variables de estado del sistema (temperatura y presin).En los casos experimentales que nosotros trataremos, el efecto de la variacin de la presin es despreciable, as establecemos que: P = 1 atm = constante durante todo el experimento. As pues, la regla de las fases queda establecida para nuestros propsitos empricos como:

Los trminos usados en la expresin anterior as como otros necesarios para entender los diagramas de fase se definen a continuacin. SISTEMA: Cualquier porcin del universo material que pueda aislarse completa y arbitrariamente del resto, para considerar los cambios que puedan ocurrir en su interior y bajo condiciones variantes.FASE: Cualquier porcin del sistema fsicamente homognea y separada por una superficie mecnicamente separable de otras porciones. Por ejemplo, un vaso de agua con cubos de hielo constituye dos fases distintas de una misma sustancia (agua). Los cubos de hielo son una fase slida y el agua lquida es una fase lquida.COMPONENTES: el menor nmero de variables individuales independientes (vapor, lquido o slido) por medio de los cuales la composicin del sistema puede expresarse cuantitativamente. Normalmente un componente es un elemento, compuesto o solucin del sistema. As por ejemplo, el vaso de agua con cubos de hielo, es un sistema en el que hay dos fases pero una sola componente.FRACCIN MOLARLa fraccin molar es una unidad qumica para expresar la concentracin de soluto en una disolucin. Nos expresa la proporcin en que se encuentran los moles de soluto con respecto a los moles totales de disolucin, que se calculan sumando los moles de soluto(s) y de disolvente. Para calcular la fraccin molar de una mezcla homognea, se emplea la siguiente expresin:

Donde ni es el nmero de moles del soluto, y nt el nmero total de moles en toda la disolucin (tanto de solutos como de disolvente).Como el volumen de una disolucin depende de la temperatura y de la presin; cuando stas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la fraccin molar no est en funcin del volumen, es independiente de la temperatura y la presin.Adems cabe notar que en los gases ideales la variacin del volumen ser proporcional para cada uno de los solutos, y por lo tanto tambin para la solucin. De esta manera hay una relacin directa entre las fracciones molares y los volmenes parciales.Sumatoria de fracciones molaresDIAGRAMA DE FASE:

Un tpico diagrama de fase. La lnea con puntos muestra el comportamiento anmalo del agua. La lnea verde marca el punto de congelacin y la lnea azul, el punto de ebullicin. Se muestra como ellos varan con la presin.En termodinmica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase a la representacin grfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en funcin de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregacin diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios, mientras que en termodinmica se emplean sobre todo los diagramas de fase de una sustancia pura.

DIAGRAMA DE FASE DE UNA SUSTANCIA PURA:Los diagramas de fase ms sencillos son los de presin - temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la presin y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presin y temperatura dadas, el cuerpo presenta una nica fase excepto en las siguientes zonas: Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados slido, lquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto inters, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termmetros. Los pares (presin, temperatura)que corresponden a una transicin de fase entre: Dos fases slidas: Cambio alotrpico. Entre una fase slida y una fase lquida: fusin solidificacin. Entre una fase slida y una fase vapor (gas): sublimacin - deposicin (o sublimacin inversa). Entre una fase lquida y una fase vapor: vaporizacin - condensacin (o licuefaccin).Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en un punto llamado punto crtico. Ms all de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto de los lquidos como de los gases. Modificando la presin y temperatura en valores alrededor del punto crtico se producen reacciones que pueden tener inters industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener caf descafeinado.Es preciso anotar que, en el diagrama P vs. V del agua, la lnea que separa los estados lquido y slido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presin el hielo se funde, y tambin que la fase slida tiene menor densidad que la fase lquida.DIAGRAMA DE FASE BINARIO:Cuando aparecen varias sustancias, la representacin de los cambios de fase puede ser ms compleja. Un caso particular, el ms sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentracin, normalmente en masa. En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:

Slido puro o solucin slida . Mezcla de soluciones slidas (eutctica, eutectoide, peritctica, peritectoide). Mezcla slido - lquido. nicamente lquido, ya sea mezcla de lquidos inmiscibles (emulsin), ya sea un lquido completamente homogneo. Mezcla lquido - gas. Gas (lo consideraremos siempre homogneo, trabajando con pocas variaciones da altitud). Hay punto y lneas en estos diagramas importantes para su caracterizacin: Lnea de lquidos, por encima de la cual solo existen fases lquidas. Lnea de slidos, por debajo de la cual solo existen fases slidas. Lnea eutctica y eutectoide. Son lneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutcticas y eutectoides, respectivamente. Concentraciones definidas, en las que ocurren transformaciones a temperatura constante:

NUMERO DE GRADOS DE LIBERTAD:El nmero de grados de libertad es el nmero de factores variables independientes, tomados de entre la temperatura, presin y composicin de las fases. Es decir, es el nmero de estas variables que deben especificarse para que el sistema quede completamente definido.PUNTO EUTCTICO:Punto eutctico, vocablo que deriva del griego y que quiere decir fcilmente fusible. Es la mxima temperatura a la que puede producirse la mayor cristalizacin del solvente y soluto, o tambin se define como la temperatura ms baja a la cual puede fundir una mezcla de slidos A y B con una composicin fija.

V.-CALCULOS Y RESULTADOSTABLAS, CALCULOS Y RESULTADOS

TABLAS

Tabla N1: Condiciones de laboratorio

P(mmHg)T(C)%HR

7592768

Tabla N2: Temperaturas tericas de cristalizacin

Tubo NTemperatura de cristalizacin (C)

154

247

343

432

548

658

772

880

Tabla N3: Temperaturas experimentales de cristalizacin

Tubo NTemperatura de cristalizacin (C)

153.2

246.6

342.6

431.7

547.8

658.1

771.4

879.9

Tabla N4: Pesos moleculares

SustanciaPeso molecular (g/mol)

p-C6H4Cl2151

C10H8128

Tabla N5: Temperaturas de enfriamiento

Sustancia pura: (Tubo N 8)

Tiempo(s)Temperatura(C)Tiempo(s)Temperatura(C)

089.017581.2

588.518081.2

1088.218581.2

1588.019080.9

2087.819580.9

2587.620080.8

3087.520580.6

3587.321080.6

4087.021580.3

4586.822080.3

5086.522580.2

5586.323080.0

6086.123580.0

6585.824080.0

7085.524579.8

7585.125079.8

8084.825579.8

8584.526079.7

9084.126579.7

9583.827079.7

10083.627579.5

10583.228079.5

11083.028579.5

11583.029079.3

12082.829579.2

12582.730079.0

13082.530579.0

13582.331079.0

14082.031578.8

14581.832078.8

15081.832578.8

16081.633078.8

16581.433578.8

17081.434078.8

Mezcla (Tubo N 6)

Tiempo(s)Temperatura(C)Tiempo(s)Temperatura(C)

065.013561.6

564.814061.4

1064.814561.3

1564.615061.1

2064.516060.9

2564.216560.6

3064.217060.4

3564.017560.1

4063.918059.8

4563.718559.7

5063.519059.6

5563.219559.3

6063.020059.1

6563.020558.8

7063.021058.6

7562.921558.4

8062.822058.3

8562.822558.1

9062.523057.9

9562.523557.9

10062.424057.6

10562.224557.6

11062.225057.6

11562.025557.6

12062.026057.6

12561.826557.6

13061.827057.6

CALCULOS

a) Mediante la composicin de cada una de las muestras, calcule la fraccin molar experimental de cada componente en cada muestra.

Tubo N1:()

0.9977

Tubo N2:()

Tubo N3:()

Tubo N4:()

Tubo N5:()

Tubo N6:()

Tubo N7:()

Tubo N8:()

b) Con los datos de a) construya el diagrama de fases. Analcelo.

Diagrama de fases para el p-diclorobenceno (p-C6H4Cl2)FIGURA 5.1

Diagrama de fases para el naftaleno (C10H8)FIGURA 5.2

c) Construya las curvas de enfriamiento del componente puro y de la mezcla elegida.Curva de enfriamiento del tubo N 8 (Sustancia pura: )FIGURA 5.3

Curva de enfriamiento del tubo N 6 (Mezcla)FIGURA 5.4

d) Del diagrama de fases, determine el punto eutctico, igualmente determine la temperatura y composicin de dicho punto.FIGURA 5.5

----------- p-diclorobenceno ----------- naftaleno

En el punto eutctico:Temperatura: 31.7 CComposicion: 0.639 p-diclorobenceno / 0.361 naftaleno

e) Calcule 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.

Tubo N5:()

Tubo N6:()

Tubo N7:()

Tubo N8:()

f) Repita el clculo anterior para el p-diclorobenceno, en el rango de temperaturas desde su punto de cristalizacin hasta su punto eutctico.

Tubo N1:()

0.9977

Tubo N2:()

Tubo N3:()

Tubo N4:()

g) Calcule el calor latente de fusin de los componentes puros en sus puntos de fusin observados. Calcule tambin los valores tericos correspondientes.

Tubo N1:()

Tubo N1:()

Tubo N8:()

Tubo N8:()

h) Determine el nmero de grados de libertad en el punto eutctico.

El grado de libertad es 1.

j) Compare los valores tericos con los experimentales.

Determinacin del error

Errores de las fracciones molaresError de tubo N1.

Error de tubo N2:

Error de tubo N3:

Error de tubo N4:

Error de tubo N5:

Error de tubo N6:

Error de tubo N7:

Error de tubo N8:

VI.- CONCLUSIONES

Nuestro porcentaje de error se debe a que nuestras temperaturas varan debido a que dejamos de agitar un momento y eso causa un porcentaje de error.

Se deduce la temperatura de cristalizacin cuando empiezan a aparecer pequeos cristales en el tubo.

El punto eutctico, se calcul hallando el punto ms bajo de temperatura, la cual es la interseccin de las fases, las cuales fueron tres.

Hemos graficado los valores de con respecto a la temperatura y observamos un descenso y luego un ascenso de la curva el cual indica el equilibrio que describe este en cada fase.

La grfica de la curva que nos representa el diagrama de fases de este sistema de dos componentes; hallamos que segn el grfico el punto eutctico est a una temperatura de 43C.

VII.- CUESTIONARIO

1. Qu es un diagrama de fases? Cul es la importancia?FIGURA 6.1Es la representacin entre diferentes estados de la materia, en funcin de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregacin diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.La lnea en el diagrama de fases lo divide en regiones definidas, como slido, lquido y lquido ms slido.Esencialmente, la importancia del diagrama de fases est en realizarlo para encontrar el punto de fusin o de ebullicin de una mezcla de sustancias donde por efecto del soluto, se ven modificadas los puntos de ebullicin o fusin del disolvente y de manera grfica se puede predecir en qu proporcin se pueden separar esta mezcla y a que temperatura se lograr la separacin.Los diagramas de fases se realizan mediante condiciones de equilibrio (enfriamiento lento) y son utilizados para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de los materiales.Parte de la informacin que se puede obtener a partir de ellos es la siguiente: Fases presentes a diferentes composiciones y temperaturas. Solubilidad de un elemento o compuesto en otro. Temperatura a la cual una aleacin que se deja enfriar empieza a solidificar as como el rango de temperaturas en el que tiene lugar la solidificacin. Temperatura a la que se funden o empiezan a fundirse las distintas fases.

2. Describa un sistema eutctico simple no metlicoEutctico es una mezcla de dos componentes con punto de fusin o punto de vaporizacin mnima, inferior al correspondiente a cada uno de los compuestos en estado puro. Esto ocurre en mezclas que poseen alta estabilidad en estado lquido, cuyos componentes son inmiscibles en estado slido.

En mezclas que presentan solubilidad total en estado slido, la temperatura de solidificacin de la mezcla estar comprendida entre las correspondientes a cada uno de los componentes en estado puro. De manera que al aumentar la concentracin del componente de temperatura de solidificacin ms baja, disminuir la temperatura de solidificacin de la mezcla. Dados un disolvente y un soluto insolubles en estado slido, existe para ellos una composicin llamada mezcla eutctica en la que, a presin constante, la adicin de soluto ya no logra disminuir ms el punto de fusin. Esto hace que la mezcla alcance el punto de congelacin (en caso de lquidos, licuefaccin) ms baja posible y ambos se solidifiquen a esa temperatura (temperatura eutctica).

En procesos a presin constante, el cambio de estado en el caso de un eutctico, a diferencia de las mezclas, tiene lugar a temperatura constante, como en el caso de componentes puros.

3. En un diagrama de punto eutctico simple, explique la aplicacin de la regla de la palanca. La regla de la palanca es el mtodo comnmente utilizado en la determinacin de la composicin qumica real de una aleacin en equilibrio a cualquier temperatura en una regin bifsica, como en las fases slida y lquida presentes en una aleacin de una cierta concentracin cuando se encuentra a una determinada temperatura. El porcentaje en peso del elemento B en el lquido viene dado por wl y en el slido por ws. El porcentaje de slido y lquido puede ser calculado usando las siguientes ecuaciones, que constituyen la regla de la palanca:% peso de la fase slida % peso de la fase lquida Donde wo es el porcentaje en peso del elemento B en el sistema.

FII UNMSMlABORATORIO DE fISICOQUMICA19