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Objetivos específicos:
Determinar las condiciones en que se observa el punto triple del hexano y entender el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ecuación de clausius-clapeyron.
Objetivos particulares:
Se deberá conocer e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ecuación de clausius-clapeyron, para así comprender en qué casos de equilibrio de fases se aplica cada una. Analizar que representa el punto triple en un diagrama de fases, para así identificar experimentalmente el momento en que se lleva acabo. Conocer el significado de las líneas obtenidas en el diagrama de fases. Se deberá conocer el significado de grados de libertad, para lograr interpretar las diferentes regiones que aparecen en el diagrama de fases. Aprender a utilizar la ecuación de clausius clapeyron y la de clapeyron, para así analizar en qué equilibrios de fase se utiliza cada una. Calcular el equilibrio entre el líquido- vapor, solido -vapor, y solido-líquido a partir de los datos experimentales, reportados y calculados. Realizar un diagrama de fases del ciclo hexano a partir de los datos teóricos y experimentales calculados Graficar utilizando la presión en mmHg respecto a la temperatura en °K.
Temperatura (°C) 86.7 77.9 66.8 59.8 58.9 39.8 22.1
Propiedad Punto de ebullición 1 a 900mmHg Punto de ebullición a 700 mmHh Punto de ebullición a 500mmHg Punto de ebullición a 400 mmHg Punto de ebullición a 300 mmHg Punto de ebullición a 200 mmHg Punto de ebullición a 100 mmHg
Propiedad Punto de fusión a 900mmHg Punto de fusión a 700 mmHg Punto de fusión a 400 mmHg Punto de fusión a 300 mmHg Punto de fusión a 200 mmHg Punto de fusión a 100 mmHg
Diagrama de fases de ciclo hexano 1000 900 800 700
) g H 600 m m (
500
n ó i s 400 e r P
300 200 100 0 0
10
20
30
40
50
60
Temperatura (°C)
70
80
90
100
Punto triple calculado a partir del diagrama de fases. P- T = (6.63 °C – 100 mmHg ) Análisis de resultados:
Para llegar a obtener el punto triple de nuestro sistema, sabemos que la presión y la temperatura son directamente proporcionales y lo que se pretendía era disminuir estos valores de forma rápida por lo cual se sometió el sistema a una cámara de vacío. Con lo obtenido en el diagrama de fases podemos explicar que es lo que pasa en cada una de las rectas y a su vez pudimos determinar los grados de libertad que se establece en las diferentes zonas de nuestro diagrama, la imagen que se utiliza es representativa, nosotros obtuvimos una mediante los cálculos realizados en el laboratorio (se muestra en los resultados).
•
De B a D línea de Solidificación
•
De B a C línea de Vaporación
•
De A a B línea de Sublimación
La unión de las tres líneas nos da el punto triple. En el punto crítico (Punto C) se observa la temperatura y la presión máxima en el que interactúan las dos fases (líquido y Gas) está a su vez es la temperatura máxima a la cual se puede licuar el gas con el simple aumento de la presión.
A partir de las ecuaciones de Gibss podemos determinar en qué sentido evolucionara el sistema analizando la variación de las funciones de estado, todo nuestro sistema en un lapso de tiempo fue evolucionando de forma espontánea hasta que él mismo logre alcanzar el equilibrio químico. Lo que se pretendía entender en la presente práctica era el que pudiéramos describir el estado de equilibrio de un sistema en el que se tienen varias fases, por lo que fue necesario conocer el número de variables intensivas independientes que definen el sistema. Aplicamos la regla de las fases: L=C – F + 2 L= número de variables intensivas independientes. (Grados de libertad) C= número de componentes químicos del sistema. F= número de fases presentes en el sistema
L=1-3+2=0 (Punto Triple) L=1-2+2=1 (Cambio de fases de solido a gas de “A” a “B”) L=1-2+2=1(Cambio de fases de líquido a solido de “B” a “D”) L=1-2+2=1(Cambio de fases de líquido a gas de “B” a “C”) L=1-1+2=2 (Solido) L=1-1+2=2 (Liquido) L=1-1+2=2 (Gas) Cuando el grado de libertad es 0 nos indica que están presentes tres fases y NO se puede tocar la presión o la temperatura sin que el estado cambie. Esto se manifiesta en el punto triple. Cuando el grado de libertad es 1 nos indica que están presentes dos fases y en esto es necesario especificar solo la P ó la T. Cuando el grado de libertad es igual a 2 nos indica que está presente solo una fase para esto tenemos que especificar las dos variables (presión y la temperatura). Es muy importante mencionar que la ecuación de Clasius-Clapeyron sólo la podemos aplicar para obtener la presión de vapor de un sólido o un líquido a una cierta temperatura.
Con la ecuación de Clapeyron pudimos calcular la pendiente de una línea de equilibrio entre dos fases en el diagrama de fases P-T de un sistema de un componente (ciclo hexano); en un cambio de fase líquido-vapor, el ΔH es positivo, por lo cual la pendiente de la línea de equilibrio líquido-vapor es positiva, lo mismo sucede con la línea sólido-vapor. Conclusiones:
Para la construcción de un diagrama de fases de un componente, es necesaria la obtención de datos experimentales tales cómo el punto de fusión, el punto de ebullición y el punto triple; datos teóricos como el punto de fusión normal y el punto de ebullición normal. Así como datos calculados como el proceso de evaporación y sublimación. Para un sistema de un componente, como es el del ciclo hexano, su estado intensivo viene descrito al especificarse un máximo de dos variables intensivas. Gracias a los datos obtenidos experimentalmente podemos conocer el significado de las líneas obtenidas en el diagrama de fases y a su vez podemos asociar el significado de los grados de libertad, sin embargo no en todos los cambios de fases pudimos utilizar la misma ecuación por lo que antes de realizar los cálculos aprendimos con que ecuaciones debíamos trabajar y para que fase se utilizaba. La grafica nos ayudo a visualizar mejor los datos obtenidos y así conocer en que parte se da el punto triple.
