P6 G DiagramaFases
Páginas: 10 (2379 palabras)
Publicado: 31 de marzo de 2015
Laboratorio
de
Química
Física
1
Curso
2011-‐2012
Grado
en
Química
PRÁCTICA 6
Diagrama de fases: Temperatura de ebullición – Composición de una mezcla líquida binaria
Material
Productos
2 viales
Metanol
2 matraces esféricos dos bocas de 50 mL
Cloroformo
3 tapones de goma esmerilado
Acetona para limpieza
2 bases de corcho
4 cuentagotas
1 refractómetro
2dispensadores de metanol y cloroformo
perlas de vidrio para ebullición / 2 imanes
1 montaje de destilación/1 agitador magnético con calefacción/1 termopar NiCr-Ni/1 ordenador
Objetivos
1.
Construir el diagrama de fases, temperatura de ebullición-composición de la mezcla metanol-cloroformo.
2.
Determinar la composición de la fase vapor (fracción molar) mediante el índice de refracción.
3.
Determinar latemperatura de ebullición de las mezclas binarias.
4.
Caracterizar el punto azeótropo (composición azeotrópica) de la mezcla binaria.
5.
Determinar coeficientes de actividad de cada componente en las mezclas binarias.
Fundamentos teóricos
a) Conceptos:
Como vamos a construir un diagrama de fases, empezaremos definiendo el concepto de fase: parte
homogénea de un sistema. Es decir, parte delsistema cuyas variables termodinámicas intensivas macroscópicas
(P, T, densidad, concentración,…) tienen el mismo valor en toda esa región, son constantes, no cambian. Así
pues, un sistema heterogéneo será aquel formado por dos o más fases, del mismo componente (sustancia
pura) o de más de un componente (mezcla).
Por tanto, un diagrama de fases será: una representación gráfica que nos informa enqué fase o fases
se encuentra un componente o varios en unas determinadas condiciones (P, T,…). Los diagramas pueden
representar valores de presión-temperatura (un componente) o pueden ser presión-composición a T=cte o
Temperatura-composición a P=cte para el caso de mezclas de 2 o más componentes (binarias, ternarias, etc…).
Un tipo particular de mezcla es una disolución: mezcla homogénea de dos omás sustancias
(componentes). Las disoluciones pueden clasificarse de muchas formas, pero desde un punto de vista
termodinámico, y atendiendo a las interacciones entre sus componentes, las disoluciones pueden ser: ideales o
reales (no ideales).
En esta práctica, nos vamos a centrar en disoluciones binarias (dos componentes A y B) líquidas; y en el
estudio del equilibrio líquido-vapor (dos fases).b) Disoluciones ideales: leyes, equilibrio L–V, diagramas.
Una disolución es ideal cuando las moléculas de las distintas especies son tan semejantes unas a otras que
las moléculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin que se produzca una variación de la
estructura espacial de la disolución ni de la energía de las interacciones intermoleculares. En otras palabras, lasinteracciones A–A, B–B ó A–B son de la misma intensidad.
Termodinámicamente hablando, cuando los componentes puros pasan a formar una disolución ideal, las
variables de mezcla valdrán la diferencia entre el valor de la magnitud en la disolución y la de los
componentes puros. Así:
∆VM = 0
no hay cambio de volumen al formarse la disolución, pues no cambia la estructura espacial.
∆UM = 0
no cambia laenergía de las interacciones al formarse la disolución.
∆HM = 0
no hay calor de mezcla a P cte: ni absorbe ni desprende calor.
∆SM > 0
aumenta el desorden.
∆GM < 0
la formación de la disolución es espontánea.
Una disolución ideal se caracteriza porque sigue la ley de Raoult:
Pi = Pi0 xLi
(1)
donde i=A,B. La ley de Raoult nos proporciona la presión de vapor de un componente i (presiónparcial, Pi) en
o
la disolución en función de la presión de vapor del componente puro (Pi ) y de la fracción molar del
componente en la disolución ( xLi ) (a Teb =cte).
Por otra parte la ley de Dalton para mezclas de gases ideales nos proporciona la presión parcial de cada
componente gas (Pi) en la mezcla gaseosa en función de la fracción molar del componente en la mezcla
gaseosa o vapor ( xiV ) y...
de
Química
Física
1
Curso
2011-‐2012
Grado
en
Química
PRÁCTICA 6
Diagrama de fases: Temperatura de ebullición – Composición de una mezcla líquida binaria
Material
Productos
2 viales
Metanol
2 matraces esféricos dos bocas de 50 mL
Cloroformo
3 tapones de goma esmerilado
Acetona para limpieza
2 bases de corcho
4 cuentagotas
1 refractómetro
2dispensadores de metanol y cloroformo
perlas de vidrio para ebullición / 2 imanes
1 montaje de destilación/1 agitador magnético con calefacción/1 termopar NiCr-Ni/1 ordenador
Objetivos
1.
Construir el diagrama de fases, temperatura de ebullición-composición de la mezcla metanol-cloroformo.
2.
Determinar la composición de la fase vapor (fracción molar) mediante el índice de refracción.
3.
Determinar latemperatura de ebullición de las mezclas binarias.
4.
Caracterizar el punto azeótropo (composición azeotrópica) de la mezcla binaria.
5.
Determinar coeficientes de actividad de cada componente en las mezclas binarias.
Fundamentos teóricos
a) Conceptos:
Como vamos a construir un diagrama de fases, empezaremos definiendo el concepto de fase: parte
homogénea de un sistema. Es decir, parte delsistema cuyas variables termodinámicas intensivas macroscópicas
(P, T, densidad, concentración,…) tienen el mismo valor en toda esa región, son constantes, no cambian. Así
pues, un sistema heterogéneo será aquel formado por dos o más fases, del mismo componente (sustancia
pura) o de más de un componente (mezcla).
Por tanto, un diagrama de fases será: una representación gráfica que nos informa enqué fase o fases
se encuentra un componente o varios en unas determinadas condiciones (P, T,…). Los diagramas pueden
representar valores de presión-temperatura (un componente) o pueden ser presión-composición a T=cte o
Temperatura-composición a P=cte para el caso de mezclas de 2 o más componentes (binarias, ternarias, etc…).
Un tipo particular de mezcla es una disolución: mezcla homogénea de dos omás sustancias
(componentes). Las disoluciones pueden clasificarse de muchas formas, pero desde un punto de vista
termodinámico, y atendiendo a las interacciones entre sus componentes, las disoluciones pueden ser: ideales o
reales (no ideales).
En esta práctica, nos vamos a centrar en disoluciones binarias (dos componentes A y B) líquidas; y en el
estudio del equilibrio líquido-vapor (dos fases).b) Disoluciones ideales: leyes, equilibrio L–V, diagramas.
Una disolución es ideal cuando las moléculas de las distintas especies son tan semejantes unas a otras que
las moléculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin que se produzca una variación de la
estructura espacial de la disolución ni de la energía de las interacciones intermoleculares. En otras palabras, lasinteracciones A–A, B–B ó A–B son de la misma intensidad.
Termodinámicamente hablando, cuando los componentes puros pasan a formar una disolución ideal, las
variables de mezcla valdrán la diferencia entre el valor de la magnitud en la disolución y la de los
componentes puros. Así:
∆VM = 0
no hay cambio de volumen al formarse la disolución, pues no cambia la estructura espacial.
∆UM = 0
no cambia laenergía de las interacciones al formarse la disolución.
∆HM = 0
no hay calor de mezcla a P cte: ni absorbe ni desprende calor.
∆SM > 0
aumenta el desorden.
∆GM < 0
la formación de la disolución es espontánea.
Una disolución ideal se caracteriza porque sigue la ley de Raoult:
Pi = Pi0 xLi
(1)
donde i=A,B. La ley de Raoult nos proporciona la presión de vapor de un componente i (presiónparcial, Pi) en
o
la disolución en función de la presión de vapor del componente puro (Pi ) y de la fracción molar del
componente en la disolución ( xLi ) (a Teb =cte).
Por otra parte la ley de Dalton para mezclas de gases ideales nos proporciona la presión parcial de cada
componente gas (Pi) en la mezcla gaseosa en función de la fracción molar del componente en la mezcla
gaseosa o vapor ( xiV ) y...
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