Equilibrio Solido-Liquido12
Victoria Alejandra Gmez Andrade1 - Natalia Andrea Quintero
Salgado2 Edson Sthepen Vargas CastilloResumenEn esta prctica se
desarrollo un estudio de equilibrio de fases (solido-liquido)
determinar experimentalmente diagramas de fase slido-lquido es el
anlisis trmico. En esta tcnica se deja enfriar una disolucin lquida
(un fundido) de dos componentes y se mide la temperatura del
sistema en funcin del tiempo; este proceso se repite para varias
composiciones diferentes de lquido, obteniendo una serie de curvas
de enfriamiento. La variable tiempo es aproximadamente proporcional
a la cantidad de calor que pierde el sistema por lo que la
pendiente de una curva de enfriamiento es aproximadamente
proporcional a la inversa de la capacidad calorfica del sistema
UNIVERSIDAD DEL QUINDO FACULTAD DE CIENCIAS BSICAS Y
TECNOLOGASPROGRAMA DE QUMICAHctor Fabio Cortes, Mst. Qco. UQ
Desafos, Sueos y Compromisos con la Sociedad
1. INTRODUCCIN
El equilibrio heterogneo se presenta cuando hay en el sistema
dos mas fases presentes. Este tipo de equilibrios y otros ms
complejos pueden ser tratados desde un punto de vista unitario
llamado regla de fases, derivada por Gibbs en 1876.
Regla de las fases: Cuando un sistema esta en equilibrio, sus
propiedades intensivas son todas iguales, as en las fases 1, 2 y 3
para los componentes A y B se tiene [1]:
(1)
Donde T, P y representan la temperatura, presin y potencial
qumico respectivamente.
Para definir completamente un sistema, la diferencia entre el
nmero de variables independientes y el nmero de relaciones entre
esas variables nos dar el nmero de variables independientes que
excede al nmero de relaciones, no pudiendo ser este ultimo mayor
que el nmero de variables independientes[1,2]:
(2) VIE = variables independientes excedidas NTVI= numero total
de variables independientes NREV= numero de relaciones entre
variablesEl numero de variables independientes depender de la
composicin de cada fase que es (C 1) concentraciones, una menos que
el numero de componentes, ya que la concentracin de uno de los
componentes se obtiene por diferencia. Si el sistema contiene F
fases, el nmero total de concentraciones ser F(C 1), y el numero
total de variables ser F(C 1) + 2 donde 2 representa la temperatura
y la presin. El nmero de relaciones entre las variables depender
del nmero de componentes, pudiendo escribir una ecuacin por cada
constituyente distribuido entre dos fases, ya que su potencial
qumico es igual en las dos fases para ese constituyente. Cuando hay
F fases presentes, habr (F 1) ecuaciones por constituyente, y para
C componentes se tendr un total de C(F 1) relaciones. Al sustituir
estos valores en la ecuacin 2 se tiene [2]:
(3) (4)
As, cuanto mayor sea el nmero de componentes tanto mayor ser la
varianza; cuanto mayor sea el nmero de fases, menor ser la
varianza.Los sistemas se clasifican para su estudio de acuerdo con
el nmero de componentes: sistemas de un componente, de dos
componentes o tres componentes. El presente informe realiza el
estudio de un sistema de dos componentes (Naftaleno- Cloroformo) en
estos casos para tener una representacin del sistema en dos
dimensiones, se fija generalmente la presin y se hacen variar la
temperatura y la concentracin. Estos sistemas se clasifican de
acuerdo con el estado fsico de sus fases[1,2].
El sistema Naftaleno-Cloroformo es un sistema de fases
solido-liquido. Uno de los mtodos analticos mas usados en el
estudio de sistemas de dos componentes para fases solido-liquido es
el anlisis trmico, que consiste en ver como varia la temperatura de
una mezcla con el tiempo. Esta mezcla se enfra uniformemente hasta
que aparece una fase solida, en este momento se desprende calor que
contrarresta el calor perdido por conduccin y conveccin. Otro mtodo
se vasa en determinar la temperatura a la cual empieza a fundirse
una mezcla (punto de derretido) y la temperatura a la cual la
mezcla se funde completamente (punto de fusin) [1]. Para el sistema
a analizar en este caso se utilizar el segundo mtodo.
2. Marco Terico
SeanAyBdossustanciastotalmentemisciblesenfaselquidaycompletamente
inmiscibles en fase slida. La mezcla de cantidades arbitrarias de
los lquidos A y B origina un sistema monofsico que es una disolucin
de A
yB.ComolosslidosAyBsoncompletamenteinsolublesentres,elenfriamiento
de la disolucin lquida de A y B ocasiona que A o B se congelen,
abandonando la disolucin. Para un sistema de doscomponentes,
elnmero mximo de grados de libertades 3. Este resultado nos indica
quesera necesario construir una grfica detres dimensiones para
hacer una representacin completa de las condiciones de equilibrio
(T, P, xi), donde xi es la composicin de uno delos componentes.
Pero en este caso la presin no hace mucho efecto sobre el sistema
(adems la presin se mantiene constante en la fusin) por lo que los
grados de libertad disminuyen y la regla de fases queda:
3. ProcedimientoSe prepararon doce muestras de
Naftaleno-Cloroformo conteniendo 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7;
0,8; 0,9; 1; peso de Naftaleno. Se colocaron estas muestras en
tubos de ensayo pequeos con corcho. Las muestras se fundieron en
bao de agua a una temperatura de 70 C. Las muestras una vez
fundidas se agitaron vigorosamente y despus se pasaron a agua fra
para ser solidificadas.
T (C)
T (C) de fusion30seg60 seg90 seg120 seg150 seg170 seg210 seg240
seg270seg
XT (C)T (C)T (C)T (C)T (C)T (C)T (C)T (C)
0,18,59630-2-3-6-8,6
0,217,068141071-5-10-14-17
0,325,4220161373-5-13-20-25
0,433,66442923181410
0,541,7915372925
0,649,807845413733
0,757,7153534946444140
0,865,516662595755
0,973,2121696463
1807775
4. Resultados y discusiones
NAFTALENO vs CLOROFORMOMoles de soluto (naftaleno) con una
fraccin molar de 0,1 y 1 mL de cloroformo
XCHCl3 cloroformo (mL)C10H8 naftaleno (g)
0,110,174951185
0,210,3499022
0,310,674811715
0,410,899748
0,511,574560669
0,611,889472
0,713,673974895
0,814,198827
0,9114,17104603
1115,74444
Tabla 1. Pesos para lograr la composicin molar del
naftalenoTabla 2. De temperatura de fusin y solidificacin de e
Naftataleno a diferentes concentraciones
Grafica 1. Diagrama de fases Naftaleno- cloroformo (TC vs
Xnaftaleno )
Min (t)TCTCTCTCTCTCTCTCTCTC
0,10,20,30,40,50,60,70,80,91
08,591725,453341,849,857,765,573,280
306142029374553626977
603101623294149596475
900713182537465763
120-21714334455
150-3-531041
170-6-10-540
210-8,6-14-13
240-17-20
270-25
Tabla3. Variacin de la Temperatura, para su solidificacin con
respecto a su concentracin con el tiempo
Grafica2. Variacin de la temperatura, y solidificacin del
Naftaleno con respecto al tiempo (ln X)1/TC (fusin)
-2,3025850930,11641444
-1,6094379120,05858917
-1,2039728040,0393391
-0,9162907320,02970497
-0,6931471810,02392831
-0,5108256240,02007718
-0,3566749440,01732643
-0,2231435510,01526331
-0,1053605160,01365894
00,0125
Tabla4. LnX Vs 1/TC
Grafica3. 1/TC vs LnX
5. Conclusiones Para el estudio del diagrama de fases solidos-
liquido de un sistema binario hemos empleado naftaleno- cloroformo,
Observamos como el sistema binario en la muestra en primer lugar de
la solidificacin del componente, por que este es de mayor
proporcin. Obtuvimos el punto eutctico por que se solidificaron a
la vez, esto ocurri a una determinada temperatura de eutexia. Se
pudieron observar las curvas de enfriamiento que para las
sustancias puras, el enfreiamiento es mas rpido que para las
mezclas. Esto se debe que para el naftaleno y el cloroformo solos,
las molculas interactan entre ellas mismas y se asocian mas rpido.
En algunas curvas se pudieron ver una subida abrupta de
temperatura, seguido por una estabilizacin de la misma. Este
fenmeno se llama super enfriamiento y se puede ignorar ya que no es
importante para la presente discusin.
6. Bibliografa
[1] I. N. Levine. Fisicoqumica. Cuarta Edicin. McGraw Hill.
Madrid, 1996. p.p. 366 - 368. [2] M. Urquiza. Experimentos de
Fisicoqumica. Editorial Limusa-Wiley S.A. Mxico, 1969. p.p. 71 -
78. Wentworth &Ladner. Fundamentos de qumica fsica. Editorial
reverte, s.a. Barcelona, Espaa. Wadswoeth Publishing Company, Inc,
Belmont, California. [1975]. 179 P. Universidad Nacional de San
Cristobal de Huamanga Facultad de Ingenueria Quimica y Metalurgia.
Propiedades Fisicas de Solidos-Liquidos. [internet]. Ayucucho,Peru.
escuela de formacion profesional ingenieria civil. [actualizacion 1
de julio de 2002, citacion 8 de julio de 2002]. Pontifica
Universidad Catolica, Facultad de Ciencias Ingenieria.Primera
Practica Diagrama de fases solido-liquido
