PrActicA 4 PuNtO TrIpLe de UnA sUsTanCiA pUrA

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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0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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

0

1

2

3

4

5

6

7

8

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.

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