practica 4 punto triple de una sustancia pura
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7/30/2019 PrActicA 4 PuNtO TrIpLe de UnA sUsTanCiA pUrA
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SEP SNEST DGEST
INSTITUTO TECNOLGICO DE TOLUCA
INGENIERA QUMICA
Prctica 4: Punto triple de una sustancia pura
LABORATORIO INTEGRAL II
Presentan:Del Villar Lpez Erika 09280102Dotor de Jess Camilo 08280486
Gutierrez Pineda Ana Miriam 08280108Jurez Gutirrez Jos Gerardo 07280727
Ramrez Pin Zaira 08280878Snchez Salinas Israel Fredy 08280970
Docente:
M. en C. Hernndez Aguirre Omar Alberto
Metepec, Mxico, Febrero de 2013
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INTRODUCCIN
DIAGRAMA DE FASE: Cualquier sustancia puede existir en ms de un estado o
fase de la materia. El equilibrio entre las fases es dinmico; esto es, que existe
una transferencia contina de partculas de una fase a la otra. El equilibrio en
este sistema dinmico se presenta cuando la velocidad de transferencia entre
las fases es similar. El cambio de la materia de un estado a otro se denomina
cambio de fase. Las conversiones de un slido a lquido (fusin), de un slido a
gas (sublimacin), o de un lquido a gas (vaporizacin) son todos procesos
endotrmicos; es decir, que la entalpa de la fusin, sublimacin o
vaporizacin es positiva. El proceso inverso, la conversin de un lquido a slido
(congelacin), de un gas a slido (deposicin) o de un gas a lquido
(condensacin) son todos procesos exotrmicos, en esta forma los cambios
de entalpa para estos procesos son negativos.
La forma general de un diagrama de fase para una sustancia simple que
presenta tres fases, se representa por la figura 1.
La lnea A-B de sublimacin separa las
regiones slida vapor; la lnea B-C de
vaporizacin, divide las regiones lquida
vapor; y la lnea B- D de fusin, separa las
regiones slida y lquida. Estas tres lneas
convergen en el punto triple (B), donde
las tres fases coexisten en equilibrio.
La lnea de vaporizacin (B-C) finaliza en
el punto crtico (C) porque no se pueden
distinguir las fases lquida y de vapor
Figura 1: Diagrama de fasesP vs T de un componente puro.
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arriba del punto crtico. El punto C indica el valor mximo de presin y
temperatura (PC, TC) en el que pueden coexistir en equilibrio dos fases, con
Temperaturas y Presiones mayores que TC y PC se denominan fluidos
supercrticos.
Los Diagramas de Fase representan esencialmente una expresin grfica de la
Regla de las Fases de Gibbs (Ecuacin 1), la cual permite calcular el nmero
de fases que pueden coexistir en equilibrio en cualquier sistema, y su expresin
matemtica est dada por:
P+F=C+2 Ecuacin 1)
Dnde:C = Nmero de componentes del sistema.P = Nmero de fases presentes en el equilibrio.F = Nmero de grados de libertad del sistema (variables: presin, temperatura,composicin).
La ecuacin de Clausius-Clapeyron (Ecuacin 2) es una manera de
caracterizar una transicin de fase. En un diagrama de fase (presin vs.
temperatura), la lnea que separa ambos estados se conoce como curva de
coexistencia. La relacin de Clausius-Clapeyron determina la pendiente de
dicha curva. Matemticamente se puede expresar como:
Ecuacin 2)
Los equilibrios entre fases tienen un rol muy importante en la tecnologa
qumica, alcanzando una gran diversidad de aplicaciones, principalmente en
procesos de separacin de la industria qumica, petroqumica y el sector dehidrocarburos, pero tambin en las ltimas dcadas se ha visto un gran
avance, como la produccin de biodiesel, secado supercrtico, cromatografa
supercrtica, slo por mencionar algunos. Especialmente a altas presiones
estos equilibrios son complejos de calcular e interpretar, por lo que la
representacin a travs de diagramas de fases es esencial.
http://es.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Clausiushttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%89mile_Clapeyronhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transici%C3%B3n_de_fasehttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transici%C3%B3n_de_fasehttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%89mile_Clapeyronhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Clausius -
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OBJETIVOSObjetivo General
Interpretar el diagrama de fases de una sustancia pura, construido apartir de datos de presin y temperatura obtenidos a travs de
diferentes mtodos.
Objetivos Especficos
Comprender la informacin que proporcionan la regla de las fases deGibbs y la ecuacin de Clausius-Clapeyron.
Distinguir los equilibrios entre las diferentes fases (slido, lquido, vapor).
Deducir las propiedades termodinmicas involucradas en la transicinde fases.
MATERIALES
1 Bomba de vaco con manmetro integrado 1 Matraz bola de 1 L con tapn trihoradado 2 tuberas de vidrio 1 Equipo Kornet 2 Termmetro de mercurio de -1 a 100 C 2 Mangueras de ltex 2 Soporte universal 2 Pizas de 3 dedos 2 Tubos de ensaye 15 mL con tapn 1 bao mara Hielo 1 hielera Sal de cocina en grano Benceno 1 probeta de 250 mL Mechero Fisher 1 pipeta de 10 mL 1 perilla
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METODOLOGA
A) Determinacin del punto triple1. Colocar en un matraz bola 200 mL de benceno con la ayuda de la
probeta y taparlo con el tapn al cual se encuentren adaptados el
termmetro y una manguera de ltex, misma que deber estar
conectada a la bomba de vaco, tal como se muestra en la figura 2.
2. Determinar la temperatura con la ayuda del termmetro antes deaccionar la bomba de vaco.
3. Introducir el matraz dentro de un bao formado por hielo, agua y sal(mezcla frigorfica) y accionar la bomba. Registrar todos los valores
posibles de presin y temperatura en que se presenten los equilibrios
lquido-vapor, lquido-slido-vapor y lquido-slido (en este ltimo
caso, registrar datos inclusive por debajo de 0 C).
Figura 2: Dispositivo del Laboratorio para ladeterminacin de los equilibrios lquido-slido-
vapor.
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B) Punto de ebullicin a 560 mmHg
1. Con el equipo Kornet, instalar un sistema de destilacin como el quese muestra en la figura 3 y determinar la temperatura de ebullicin a
la presin atmosfrica.
C) Punto de fusin a la presin a 560 mmHg1. En un tubo de ensayo, con la ayuda de una pipeta, se colocan 2 mL
de ciclohexano.
4. Introducir un termmetro y todo esto a su vez a un bao de hielo consal, tal como se muestra en la figura 4.
2. Determinar la temperatura con la ayuda de un termmetro, para elequilibrio lquido-slido a la presin del lugar.
3. Realizar una curva de enfriamiento (grfica de T/ oC vs. t /min).
Figura 3: Dispositivo del Laboratorio para ladeterminacin del punto de ebullicin.
Figura 4: Dispositivo del Laboratorio para ladeterminacin del punto de fusin.
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CLCULOS
Equilibrio Lquido- VaporLa Temperatura de Ebullicin Terica del Benceno, se determinar
mediante la Clausius-Clapeyron (Ecuacin 2).
.Ecuacin 2)
De acuerdo con las propiedades para el Benceno, se calcular la
Temperatura de Ebullicin Terica del Benceno a 560 mm Hg.
T1= 353.15 K
R= 8.3144 J/ mol K
P2= 760 mm Hg
P1= 560 mm Hg
H= 30 543 J/mol
=
2.9147 x 10 -3
T2=343.078 K = 69.92C
% Error= [] = 7.03%
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RESULTADOS
Los valores obtenidos de forma experimental como tericamente, de
cada uno de los intervalos de temperatura para el Agua, se presentan
en la tabla 1, as como en los grficos 1, 2 y 3.
T [C] cm H2O mm Hg
66 1.2 0.880247 196.1671699
68 1.3 0.953601 214.2719912
70 2 1.467078 233.7705861
72 2.1 1.540432 254.7475407
74 2.5 1.833848 277.2910344
76 2.5 1.833848 301.4929112
78 4.2 3.080864 327.4487473
80 7.2 5.281481 355.257918
82 10.7 7.848867 385.0236611
Tabla 1: Resultados de Presin de vapor de Agua obtenidos de forma
experimental y terica para cada uno de los intervalos de Temperatura.
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60 70 80 90
Presindevapor[mm
Hg]
Temperatura [C]
CurvaExpertimental
150
200
250
300
350
400
60 70 80 90
Presindevapor[mm
Hg]
Temperatura [C]
CurvaTerica
0
50
100
150
200
250
300
60 62 64 66 68 70
Presindevapor[mmH
g]
Temperatura [C]
Curva Experimental
Curva Terica
Grfica 1: Temperatura contra Presin deVapor de Agua obtenido de forma
experimental.
Grfica 2: Temperatura contraPresin de Vapor de Aguaobtenido de forma terica.
Grfica 3: Temperatura contra Presin deVapor de Agua obtenido de forma
experimental y terica.
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Los valores obtenidos de forma experimental como
tericamente, de cada uno de los intervalos de temperatura
para el Alcohol Etlico, se presentan en la tabla 2, as como en
los grficos 4, 5 y 6.
T [C] cm H2O mm Hg
32 0.3 0.220062 94.75691673
34 0.3 0.220062 105.65734
36 0.4 0.293416 117.6134821
40 0.6 0.440123 145.0256613
45 0.6 0.440123 186.7906332
48 1.8 1.32037 216.4471996
50 1.8 1.32037 238.3604244
54 1.9 1.393724 287.8603319
58 3.6 2.64074 345.7749715
61 4.1 3.00751 395.392877664 4.6 3.374279 450.8636064
66 5.6 4.107818 491.3575659
68 10.4 7.628806 534.8550006
69 10.9 7.995575 557.7836777
70 13.4 9.829423 581.5284393
Tabla 2: Resultados de Presin de vapor de Alcohol Etlico obtenidos deforma experimental y terica para cada uno de los intervalos de
Temperatura.
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DISCUSIN DE RESULTADOS
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9
65 70 75 80
Presindevapor[m
mH
g]
Temperatura [C]
CurvaExperimental
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
60 70 80 90
Presindevapor[m
mH
g]
Temperatura [C]
CurvaTerica
0
100
200
300
400
500
600
700
60 62 64 66 68 70
Presindevapor[mmH
g]
Temperatura [C]
Curva Terica
Curva Experimental
Grfica 4: Temperatura contra Presin deVapor de Alcohol Etlico obtenido de
forma experimental.
Grfica 5: Temperatura contra Presinde Vapor de Alcohol Etlico obtenido de
forma terica.
Grfica 6: Temperatura contra Presin de Vapor de AlcoholEtlico obtenido de forma experimental y terica.
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Como se pudo observar en las tablas y grficos presentados en la
prctica, existe variacin en la presin de vapor obtenida de forma
experimental con las obtenidas en forma terica para cada lquido
problema (Agua y Alcohol Etlico), esto debido a que se presentaron
condensados en la manguera, influyendo as en el flujo de vapor, el
cual no fue uniforme y por ende afecto en la toma de lecturas de
presin en el manmetro diferencial.
Otro factor que influy en la toma de lecturas de la presin de vaporpara cada lquido problema, fue que el sistema no estuvo
completamente sellado, ya que nos percatamos de que existan
fugas, mismas que se sellaron primeramente con papel higinico,
pero al tiempo que se generaba vapor el papel se humedeca,
generando notables prdidas de vapor, posteriormente se sellaron
con papel parafilm, pero al continuar con el desarrollo experimental,
al aumentar la temperatura dicho papel redujo su volumen,
ocasionando as nuevas fugas.
Aunado a los puntos anteriores, la transferencia de calor no fue deltodo uniforme, ya que el calentamiento se realiz con una parrilla
elctrica, ocasionando que el calor se transfiriera solamente por la
parte inferior del matraz y por ende la ebullicin fue muy violenta,
aumentando as, la cantidad de vapor generado y que en
determinado tiempo el agua se transportara por medio de la
manguera hacia el manmetro diferencial, lo cual se vio afectado
en el nivel de referencia tomado inicialmente en temperaturas
anteriores.
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Si se necesita sustituir algn reactivo, es necesario conocer lasposibles variaciones que ocasionar en el desarrollo experimental; En
la realizacin de la prctica se sustituy el lquido manomtrico
(Mercurio por Agua), y al ser ms denso el Mercurio que el Agua, por
ende se necesitaba un manmetro diferencial con mayor altura, ya
que se tuvo que detener el experimento en un punto en el que el
agua era expulsada del manmetro, obteniendo un menor nmero
de mediaciones.
CONCLUSIONES
Es necesario tener en cuenta cada una de las posibles perturbaciones,esto en especial al sistema que se requiera para el desarrollo
experimental, y saber que materiales pueden ser sustituidos para
obtener el steady state. El cual no fue posible, ya que las condiciones
y materiales a nivel laboratorio no son capaces de evitar las prdidas
de calor, y por ende se ve reflejado en el equilibrio.
De los datos de presin de vapor obtenidos, se pudo comprobar quela presin de vapor tiene un aumento exponencial con respecto a la
temperatura, tal como lo indica la ecuacin de Antoine.
As mismo, se observ que el punto de ebullicin est siendo afectadopor la presin ejercida en el sistema, esto es, el Alcohol Etlico a 760mm
Hg tiene un punto de ebullicin de 78.5 C, mientras que a una presin
de 560 mm Hg (Presin en Toluca), de acuerdo con los resultados
obtenidos, tiene un punto de ebullicin de 71 C, as, de la misma
forma para el Agua.
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REFERENCIAS
Ball, D. (2004). Fisicoqumica. 1 Edicin. Mxico: Thompson. pp. 154-
159.
Castellan, W. (1998). Fisicoqumica. 2 Edicin en espaol. Mxico:
pp.1057.
Brown, L. (1987). Qumica, la ciencia central. 1 Edicin. Mxico:
Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. pp. 893.