Construcción de un diagrama de fases solido-liquido

Construcción de un diagrama de fases solido-liquido
con punto de fusión congruente (benzofenona-difenilamina)

Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Nariño, Calle 18 Nº 50 – 02 Torobajo; San Juan de Pasto, Colombia.

Realizado 5 de marzo de 2011; entregado 10 de marzo de 2011

Resumen: Se construyó el diagrama de fases para el sistemabenzofenona-difenilamina utilizando muestras con diferente porcentaje en peso de los componentes. El diagrama de fases construido correspondió a una grafica de temperatura contra porcentaje en peso de difenilamina. Los resultados obtenidos indican que el sistema benzofenona-difenilamina presenta un diagrama de fases para un sistema con punto de fusión congruente (y formación de un nuevo compuesto). Eldiagrama de fases presento dos puntos eutécticos a las temperaturas de de 25 ºC para una composición del 10% en peso de difenilamina y de 35 °C para una composición del 50% en peso de difenilamina. El punto de fusión del compuesto benzofenona-difenilamina se acerco a los 40 °C a un porcentaje en peso de difenilamina de entre 30-40%. La comparación de los resultados con un modelo de referenciaindica desviaciones considerables de los puntos eutécticos. Sin embargo, el esquema general del diagrama de fases obtenido se acerca al modelo de referencia utilizado.

Palabras clave: diagrama de fases, punto de fusión congruente.

Introducción.

El equilibrio heterogéneo se presenta cuando hay en el sistema dos mas fases presentes. Este tipo de equilibrios y otros más complejos pueden sertratados 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, así en las fases 1, 2 y 3 para los componentes A y B se tiene [1]:

(Ec. 1) T1 = T2 = T3
P1 = P2 = P3

(µA)1 = (µA)2 = (µA)3
(µB)1 = (µB)2 = (µB)3

Donde T, P yµ representan la temperatura, presión y potencial químico respectivamente.

Para definir completamente un sistema, la diferencia entre el número de variables independientes y el número de relaciones entre esas variables nos dará el número de variables independientes que excede al número de relaciones, no pudiendo ser este ultimo mayor que el número de variables independientes [1, 2]:

(Ec. 2)Variables independientes excedidas = numero total de variables independientes – numero de relaciones entre estas variables

El numero de variables independientes dependerá de la composición de cada fase que es (C – 1) concentraciones, una menos que el numero de componentes, ya que la concentración de uno de los componentes se obtiene por diferencia. Si el sistema contiene F fases, el numerototal de concentraciones será F(C – 1), y el numero total de variables será F(C – 1) + 2 donde 2 representa la temperatura y la presión. El número de relaciones entre las variables dependerá del número de componentes, pudiendo escribir una ecuación por cada constituyente distribuido entre dos fases, ya que su potencial químico es igual en las dos fases para ese constituyente. Cuando hay F fasespresentes, habrá (F – 1) ecuaciones por constituyente, y para C componentes se tendrá un total de C(F – 1) relaciones. Al sustituir estos valores en la ecuación 2 se tiene [2]:

(Ec. 3) V = F(C – 1) + 2 – C(F – 1)

V = C – F + 2

Así, cuanto mayor sea el número de componentes tanto mayor será la varianza; cuanto mayor sea el número de fases, menor será la varianza.Los sistemas se clasifican para su estudio de acuerdo con el número de componentes: sistemas de un componente, de dos componentes o tres componentes. El presente informe realiza el estudio de un sistema de dos componentes (benzofenona-difenilamina) en estos casos para tener una representación del sistema en dos dimensiones, se fija generalmente la presión y se hacen variar la temperatura y la...