Construcción del diagrama de fases del ciclohexano.

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  • Publicado : 15 de febrero de 2011
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Objetivo:
Saber interpretar y construir un diagrama de fases para una sustancia pura (ciclohexano, C6 H12) a través de datos experimentales, teóricos o a base de cálculos, además de interpretar la ecuación de Clausius-Clapeyron, y saber en que casos se puede usar, además de comprender la información que proporcionan la regla de las fases de Gibbs.
Diagrama de flujo

En esta práctica alrealizar el punto triple se colocaron trampas para poder atrapar el vapor del ciclohexano, estas trampas estaban sumergidas en hielo, para que al momento en el que se evaporara la sustancia se fundiera en el fondo de la trampa y una vez terminada la práctica se pudiera recuperar.

Equilibrio Liquido-Vapor

Para este caso donde el volumen molar del gas es mucho mayor que el del líquido, se puedehacer una aproximación
Si además se hace la suposición de que el gas se comporta como gas ideal, la ecuación de Clapeyron se transforma en la ecuación Clausius-Clapeyron:

Despejando a T2
T2=11T1-RΔHvaplnP2P1
Que es la que utilizaremos para calcular otras temperaturas (T2) en puntos de equilibrio L-V cercano a la temperatura de ebullición, partiendo de la temperatura y presión obtenidaexperimentalmente (T1, P1), para ello fijaremos distintos valores para P2.Registrar Tabla. A

Por ejemplo T1=318.95, P1=585, P2=500
T2=11318.95K-8.314 Jmol.K33 001.3 Jmolln500585=314.54 K

Equilibrio Solido-Vapor

En este caso al igual que el caso interior se utilizará la ecuación de Clausius-Clapeyron, ya que también el volumen molar del gas es mucho mayor que la del sólido ademássupondremos que se comporta como gas ideal. A diferencia del caso anterior, en lugar de Δvap utilizaremos ΔHsub.
Para hallar el valor de ΔHsub, utilizaremos la siguiente ecuación:
ΔHsub=ΔHvap+ΔHfus
Partiendo de los datos teóricos, nos queda:
ΔHsub=3 001.3 J+2604 J=5695.3 J
Calcularemos distintas temperaturas (T2), partiendo de la temperatura y presión obtenida experimentalmente (T1, P1), para ellofijaremos distintos valores para P2.Registrar Tabla. B; el rango de presiones será de la presión del punto triple hacia abajo.
T2=11T1-RΔHsublnP2P1
Ejemplo ,T1= 279.85 K,P1=40 mm Hg y P2=38 mm Hg
T2=11279.85 K-8.314 Jmol.K5695.3 Jmolln38 mmHg40 mmHg=274.11 K

Equilibrio Solido-Liquido

Para equilibrios de fase sólido-líquido, no puede utilizarse la ecuación de Clausius-Clapeyron ya quepara obtenerla se han realizado una serie de aproximaciones válidas cuando una de las fases que interviene es gas, en este caso solo intervienen fases condesadas, así que se utilizara la ecuación de Clapeyron:
P2-P1=∆Hfus∆VfusLnT2T1
Se despeja a T2
T2=e∆Vfus∆HfusP2-P1+T1
Para calcular ΔVfus
∆Vfus=Vliquido+Vsolido
Vliquido=Masa Molarρliq=84gmol0.778gml=107.97mlmol

Vsolido=MasaMolarρsol=84gmol1.59gml=52.83mlmol
Sustituyendo los valores obtenidos
∆Vfus=107.97mlmol-52.83mlmol=55.14mlmol
T2=e0.05514L2604 JP2-P1T1
Ejemplo ,T1= 280.45K,P1=585 mm Hg y P2=300 mm Hg

T2=e0.05514L2604 J300 mm Hg-585 mm Hg280.45K=279.68K

Trazar el diagrama de fases presión (mmHg) en función de temperatura (K) para el ciclohexano con los datos registrados en la tabla siguiente.(Diagrama 1)

Calcularel número de grados de libertad en el diagrama de fases del ciclohexano indicados en la tabla D y explicar su significado.

Regla de las fases: L=C-F+2
Tabla D | | |
Fases(F) | Grado de libertad (L) | Significado |
Área |  L=1C-1F+2=2 | Es necesario especificar por la P y la T  |
Sobre la línea | L=1C-2F+2= | Es necesario especificar sólo P o T  |
Punto triple | L=1C-3F+2=0 | Esun punto único donde existen las tres fases, por lo tanto no se pueden modificar ni temperatura ni presión . |

Diagrama 1

Análisis de resultados:

Como se observa en la grafica P Vs T(Diagrama 1), se observan tres aéreas , cada una representa una fase pura; las líneas nos indican cuando existe un equilibrio entre dos fases, y el punto donde se intersecan las líneas es el punto triple...
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