EQUILIBRIO SÓLIDO-LÍQUIDO SÓLIDO-LÍQUIDO EUTÉCTICO SIMPLE
PRÁCTICA No. 8
y
OBJETIVO:
Construir el diagrama de fases sólido-líquido de un sistema binario que presenta punto eutéctico simple, mediante la aplicación del análisis térmico. y
INTRODUCCIÓN:
Considérese un sistema de dos componentes, a una de terminada presión, cuando el intervalo de temperaturas utilizado corresponde a la formación de una o más fases sólidas. El comportamiento más sencillo lo presentan aquellos sistemas para los que los líquidos son totalmente total mente miscibles entre sí, y para los que las únicas fases sólidas que se pueden presentar, son las formas cristalinas puras de los componentes. Este comportamiento se presenta en la figura (1).
Los puntos sobre las curvas representan estados líquidos del sistema s istema y los puntos situados debajo de las curvas representan coexistencia en equilibrio de un sólido puro con la solución.
El punto "c" representa la solución de composición g en equilibrio con el sólido de composición b (B puro). Al aplicar la regla de la palanca se tiene:
En la figura (1) la letra E representa el punto donde los sólidos A y B están en equilibrio con el líquido, es decir, hay tres fases y dos componentes; por lo tanto los grados de libertad resultantes son uno, pero recordemos que la presión permanece constante, lo que nos lleva a obtener cero grados de libertad para este punto cuyo nombre es: Eutéctico (palabra derivada del griego que quiere decir "fácilmente fusible"). El punto eutéctico representa la t emperatura más baja a la cual puede fundir una mezcla de sólidos A y B con una composición fija. Método del análisis térmico:
Si la temperatura de enfriamiento del sistema se repr esenta en un diagrama de Temperatura contra Tiempo comenzando con la mezcla en estado líquido se obtiene una curva de enfriamiento que se usa para obtener el diagrama de fases de sistemas de dos componentes y es la base s del método del análisis térmico. La relación entre las curvas de enfria miento y la interpretación de los hechos que suministra el diagrama de fases, se puede explicar, por ejemplo, con una de estas curvas, precisamente, la que corresponde a la composición señalada con (b). El sistema líquido se va enfriando hasta que se alcanza la curva BE, en la cual se separa B sólido, que queda en equilibrio con la disolución. Si el enfriamiento continua, se separará más sólido B, y la solución se va enriqueciendo en A, y tanto la composición como la temperatura de equilibrio sigue la línea BE.
Este proceso se representa en la curva de enfriamiento por la parte de pequeña pendiente, que corresponde a los puntos de solidificación de disoluciones de composición variable. Debe señalarse que, aunque la temperatura y composición total coloca al sistema en el área por debajo de la curva BE, no puede existir ninguna fase con esa composición. Solo se pueden observar dos fases, una a la derecha y otra a la izquierda de la línea de puntos que representa la composición total. Como indica la figura (1) éstas se señalan con una línea horizontal de trazos, que pasa por la composición total en c, por ejemplo, para unir a ligar las dos fases que están presentes en el equilibrio. Pero en realidad, estas líneas no siempre es necesario dibujarlas.
EQUIPO Y REACTIVOS: 11 Tubos de ensayo de 15 x 150 mm 2 Vasos de precipitados de 250 mL 1 Tripié 1 Tela de alambre con asbesto 1 Mechero 1 Pinzas para tubo de ensayo 1 Termómetro de - 1 a 101 ºC 1 Cronómetro 1 Soporte Universal con pinza Difenilo Naftaleno
y
TÉCNICA:
a.
Se
pesan las cantidades de reactivos indicados en la tabla y se colocan en los tubos correspondientes.
Tubo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Dif (g)
5.0
4.6
4.0
3.75
3.35
3.0
2.0
1.65
1.25
1.0
0.0
Naf(g)
0.0
0.4
1.0
1.25
1.65
2.0
3.0
3.35
3.75
4.0
5.0
% Dif b. Una vez preparados los tubos con las cantidades necesarias, cada una de las mezclas formadas se funde por separado en el baño maría y se continua el calentamiento hasta alca nzar la temperatura de 80ºC. Logrado esto, los tubos se sacan del baño y se colocan firmemente en un soporte, con la finalidad de evitar movimientos que perturben el enfriamiento de las mezclas.
Ocurrida la fusión, durante el calentamiento posterior debe agitarse continuamente la mezcla, con el objeto de homogeneizarla. NOTA:
c. A partir de este momento (80ºC) se toman lecturas del termómetro cada 30 segundos hasta llegar a 30ºC aproximadamente. Con los datos obtenidos se trazan las curvas de enfriamiento correspondientes a cada mezcla y a partir de éstas se traza el diagrama de fases.
CUESTIONARIO: 1. ¿Qué representan las temperaturas TA y TB en la figura (1)?. 2. Dibuje las curvas de enfriamiento que esperarían para los componentes puros? Explique su forma. 3. ¿A qué se debe el cambio de pendiente de la curva de enfriamiento (b) de la figura (2)?. 4. ¿Por qué en la zona de detención eutéctica la t emperatura permanece constante?. 5. Dibuje la curva de enfriamiento que se esperaría para un tubo con la composición eutéctica. Dibuje su forma. NOTA:
Manejo de sustancias y limpieza de material.
Concluida la práctica, las sustancias se calientan hasta fusión y el residuo se deposita en el frasco de desechos. Repetir esta operación tantas veces como sea necesario. Cuando el tubo esté prácticamente limpio, se lava con escobillón, detergente y agua hirviendo hasta la limpieza total.
