“CONSTRUCCIÓN DEL

DIAGRAMA DE FASES DEL

CICLOHEXANO”

Profeso : M. en C. Gregoria F.

Departamento de Fisicoquímica

Laboratorio de Equilibrio y Cinética

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

OBJETIVO GENERALInterpretar el diagrama

de fases de una SUST.

PURA, construido a partir

de datos de P y T obtenidos

a través de dif. métodos.

a. COMPRENDER la

información que proporcionan

LA REGLA DE LAS

FASES DE GIBBS y la ec.

de CLAUSIUS-CLAPEYRON.

b. DISTINGUIR los

equilibrios entre las diferentes

fases (sólido, líquido y vapor).

c. DEDUCIR las propiedades

termodinámicas involucradas en

diferentes transiciones de fase.

OBJETIVOS PARTICULARES:

PROBLEMA:

Construir el Dx del ciclohexano a partir de

datos obtenidos en la literatura,

experimentales y calculados.

6 12 6 12 ,C H ( ) C H ( ) 0m vapl g H

6 12 6 12 ,C H ( ) C H ( ) 0m fuss l H

EQUILIBRIO ENTRE FASES.Construcción de un diagrama de fases.

¿Que es un componente?Es el número de especies químicas presentes en

un sistema y que se pueden diferenciar a través de

su estructura, y en consecuencia, sus propiedades

físicas y químicas son diferentes.

¿Qué es una fase?Porción homogénea del sistema físicamente

distinguible y mecánicamente separable.

Una fase es termodinámicamente estable en el

intervalo de T y P en el cual tiene un potencial

químico menor que cualquier otra fase.

Estabilidad de una fase:

¿CÓMO ES UN DIAGRAMA DE FASES?

Información que se puede obtener de los diagramas de fase:

* CONOCER que fases están presentes a diferentes P

y T bajo condiciones de equilibrio.

• IDENTIFICAR la T a la cual comienza a haber un

cambio de fase.

•CALCULAR las líneas de tendencia que representan los

cambios de P conforme varía la T, (dP/dT).

• Esta DETERMINACIÓN se puede calcular con las ecuaciones

de Clapeyron o de Clausius-Clapeyron.

* ESPECIFICAR cuántas variables son necesarias

para determinar la fase o fases del sistema cuando se

encuentra en equilibrio.

INFORMACIÓN QUE SE PUEDE OBTENER DE

LOS DIAGRAMAS DE FASE:

Es una expresión que permite caracterizar

completamente a un sistema termodinámico a partir del

NÚMERO de PROPIEDADES INTENSIVAS

INDEPENDIENTES.

f = c – p + 2f: número de variables intensivas

independientes (grados de libertad

del sistema).

c: número de componentes químicos

del sistema.

p: número de fases presentes en el

sistema

Sustancia pura: componente = 1

p = 1 f = 1 − 1 +2 = 2 T y P

p = 2 f = 1 − 2 +2 = 1 T o P

p = 3 f = 1 − 3 +2 = 0

REGLA DE LAS FASES DE GIBBS

Equilibrio Líquido-Vapor

,2

1 2 1

1 1ln

m vapHP

P R T T

Equilibrio Sólido-Vapor

,2

1 2 1

1 1ln

m subHP

P R T T

Equilibrio Sólido-Líquido

, 2

2 1

, 1

lnm fus

m fus

H TP P

V T

Ecuación de

Clausius-Clapeyron

Ecuación de

Clausius-Clapeyron

Ecuación integrada

de Clapeyron

, , ,m sub m fus m vapH H HEntalpía de sublimación:

DIAGRAMA DE FASES EN SISTEMAS

DE UN COMPONENTE

Curvas de Presión de Vapor

Temperatura de fusión a P

Temperatura de ebullición a P

PEb normal:

Temperatura a la que la

presión de vapor del líquido es

igual a la presión de 1 atm.

P f normal:

Temperatura a la que funde el

sólido si la presión es de 1 atm.

SÓLIDO

LÍQUIDO

VAPOR

GAS

ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES

1.-Encontrar experimentalmente a las condiciones del

laboratorio, el Pto. triple de la sustancia escogida (ciclohexano).

3.- Calcular con la ecuación de Clausius-Clapeyron una T2 en un

punto de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición

normal.

2.- Determinar experimentalmente las temperatura de ebullición y de

congelación a las condiciones de presión del laboratorio.

1

2

2

1 , 1

1ln

m vap

PRT

T H P

,2

1 2 1

1 1ln

m vapHP

P R T T

4.- Calcular con la ecuación de Clausius-Clapeyron una T2 en un

punto de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición

obtenida a la presión atmosférica del laboratorio.

Diagrama de fases…

1

2

2

1 , 1

1ln

m vap

PRT

T H P

5.- Calcular una temperatura T2 en un punto de equilibrio S-V.

Este punto puede calcularse utilizando como referencia el punto triple

experimental y el ΔHm de sublimación teórico (ΔHm,sub = ΔHm,vap + ΔHm,fus)

1

2

2

1 , 1

1ln

m sub

PRT

T H P

DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE

EBULLICIÓN

DETERMINACIÓN del PUNTO TRIPLE

Equipo de determinación delpunto triple del ciclohexano

T 0C

t (s)

0

Temperatura de congelación

DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE FUSIÓN

DEL CICLOHEXNO: CURVA DE ENFRIAMIENTO

•Introduce el tubo de ensayo en un

baño de hielo-agua.

Cada 10 segundos TOMA dato de la

temperatura

Tabla 1: Datos experimentales

Equilibrio: Estado: P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)

S-L Punto de Fusión

L-V Punto de Ebullición

S-L-V Punto triple

Tabla 2: Datos teóricos

Equilibrio: Estado: P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)

S-L

∆Hm,fus = 2662.6 J/mol

Punto normal

de fusión

L-V

∆Hm,vap = 33001.3 J/mol

Punto normal de

ebullición

S-L-V Punto triple

Condición: Punto crítico

Tablas de datos calculados

Tabla 3: Equilibrio S-L:

Condición: P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)

Punto triple P = Ppt t = tpt T = Tpt

Punto de fusión en Cd. México P = Patm

Punto normal de fusión 760

Tabla 4: Equilibrio S-V

∆Hm,sub = 35663.9 J/mol

P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)

P = Ppt t = tpt T = Tpt

15

10

5

1

1

2

2

1 , 1

1ln

m sub

PRT

T H P

, , ,m sub m fus m vapH H H

pt atm manP P P

1 1 pt ptP P T T

Tablas de datos calculados

Tabla 5: Equilibrio L-V

∆Hm,vap = 33001.3 J/mol

P / (mm Hg) t / (ºC) T / (K)

P = Ppt t = tpt T = Tpt

100

150

200

550

Patm Cd. México t = teb T = Teb

600

650

700

750

760

1 1 pt ptP P T T

1

2

2

1 , 1

1ln

m vap

PRT

T H P

1 1 Cd. de Méxicoatm ebP P T T

1

2

2

1 , 1

1ln

m vap

PRT

T H P

Tabla 6: Aplicación de la regla de las fases de Gibbs

En diferentes regiones y condiciones del diagrama

Condición: Fases (p): Grados de libertad (f): Significado:

Área

Línea de equilibrio

Punto triple

f = c – p + 2