Diagrama de fases del ciclohexano

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{draw:frame} Universidad Nacional Autónoma de México
Práctica 2
Diagrama de fases del Ciclohexano
Introducción
En química y termodinámica, la regla de las fases de Gibbs describe el número de grados de libertad (L) en un sistema cerrado en equilibrio, en términos del número de fases separadas (F) y el número de componentes químicos (C) del sistema. Esta regla establece la relaciónentre esos 3 números enteros dada por:
L=C-F+2
La regla de las fases de Gibbs fue derivada de principios termodinámicos por Josiah Willard Gibbs hacia 1870.
Sin embargo es necesario antes definir estos conceptos.
Un componente es una sustancia que está presente en una mezcla o en una disolución de la que forma parte.
Fase, en termodinámica y química, se denomina a cada una de laspartes macroscópicas de composición química y propiedades físicas homogéneas que forman un sistema. Los sistemas monofásicos se denominan homogéneos, y los que están formados por varias fases se denominan mezclas o sistemas heterogéneos.
Y por último, grado de libertad es el número mínimo de variables independientes (tales como la presión, temperatura y concentración) que deben especificarse a finde definir completamente las restantes del sistema o bien el número de variables de estado intensivo que se pueden variar independientemente.
Para especificar el estado termodinámico de un sistema formado por una sustancia pura el número variables intensivas independientes que hay conocer, o sea grados de libertad, es:
Si hay presente una fase, L=1componente-1fase+2=2 variables, esnecesario especificar por ejemplo la P y la T
Si hay presente dos fases, L=1componente-2fases+2=1 variable, es necesario especificar sólo P o T
Si hay presente tres fases, L=1componente-3fases+2=0 variables
{draw:frame} Por tanto podemos representar cualquier estado de equilibrio del sistema formado por una sustancia pura mediante un punto en un diagrama bidimensional depresión-temperatura. Este diagrama se denomina diagrama de fases.
La construcción de este diagrama (figura 1) se necesita de dos ecuaciones. La ecuación de Clapeyron permite calcular la pendiente de una línea de equilibrio entre dos fases.
Consideremos un punto cualquiera sobre una línea de equilibrio entre dos las fases, que llamaremos α y β. La condición para que exista equilibrio de fases es que:μiα=μiβ, pero para una sustancia pura, por tanto en un punto sobre la curva de equilibrio de dos fases Gα=Gβ, y cualquier variación infinitesimal que suponga un desplazamiento sobre la curva de equilibrio implica que dGα=dGβ. O lo que es lo mismo, -SαdT+VαdP=-SβdT+VβdP, y reagrupando términos dPdT=∆S∆V.
Por otra parte si se considera que en un cambio de fase reversible a T y P constantes∆S=∆HT, se tiene que dPdT=∆HT∆V
En un cambio de fase líquido-vapor, tanto ΔH como ΔV son positivos, por tanto la pendiente de la línea de equilibrio líquido-vapor es positiva. Lo mismo sucede con la línea sólido-vapor.
En un cambio de fase sólido-líquido, ΔH es positivo y en general ΔV también, por lo tanto la pendiente de esta línea también será positiva. Existen sin embargo algunas excepciones comoel H2O, Ga o Bi debido a una disminución de volumen que sufren estos componentes al fundirse, en estos casos la pendiente de la línea de equilibrio sólido-líquido será negativa.
En el cambio de fase sólido-líquido ΔV es mucho menor que en los cambios de fase sólido-gas o líquido-gas. Por esta razón la pendiente en el primer caso es mucho mayor que en los últimos.
Donde dPdT es la pendientede dicha curva, ΔH es el calor latente o entalpía del cambio de fase y ΔV es el volumen.
La segunda ecuación es una variación de la primera, conocida como ecuación de Clausius- Clapeyron. Equilibrio líquido-vapor y sólido-vapor
En estos dos casos el Vdel gas es mucho mayor que el del líquido o que el del sólido por lo que puede hacerse la aproximación V=Vg-Vl≈Vg
Si además se hace...
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