Equilibrio de fases

1. TEMA: “Equilibrio de fases de un sistema monocomponente”
2. INTRODUCCION
En un sistema formado por una sustancia pura que está en más de un estado de agregación y no hay transformación visible en ninguna de las fases presentes se dice que estas fases están en equilibrio. Por ejemplo, un recipiente aislado térmicamente del exterior que contiene agua líquida, hielo y vapor de agua tienetres fases: sólido, líquido y vapor. El equilibrio al que nos referimos es un equilibrio dinámico. (Bottani & Odetti, 2006)
El equilibrio líquido vapor es un equilibrio dinámico por intercambio de moléculas entre ambas fases. Los cambios de las condiciones en el líquido y en el vapor (presión, temperatura, solutos) varían los ritmos de vaporización y de condensación ya que afectan a la energíade las moléculas y a la interacción entre ellas. Al aumentar la temperatura aumentará la salida de moléculas del líquido y al aumentar la presión aumentará el ritmo de la condensación del gas. Pero todo cambio llevará a un nuevo equilibrio tras un desplazamiento inicial. (Ball, 2004)

A la curva representada en la figura se la denomina curva de equilibrio líquido-vapor. Cada uno de los puntos dela curva representa las condiciones en las cuales las dos fases (líquida y vapor) están en equilibrio. La región de valores de presión y temperatura que se encuentra por encima de la curva corresponde a las condiciones en la que es estable la fase líquida, y la zona que queda por debajo de la curva es la región de estabilidad de la fase gaseosa. (Bottani & Odetti, 2006)

3. OBJETIVOS* General
* Determinar mediante la ecuación de Clausius-Clapeyron la presión de equilibrio a determinadas temperaturas.

* Específicos
* Comparar los resultados obtenidos con tablas de vapor.
* Graficar el diagrama de fases representando las variables termodinámicas y el cambio de estado producido.
4. MATERIALES Y REACTIVOS
Materiales
* Bomba de vacío
*Termómetro
* Sistema de calentamiento
* Vaso de precipitación

Reactivos
* Fluido de trabajo (Agua corriente)

5. PROCEDIMIENTO

a) Calentar el agua en el sistema de calentamiento.
b) Con ayuda del termómetro medir la temperatura hasta alcanzar la deseada.
c) Cuando se consigue la temperatura deseada pasar el fluido de trabajo a un vaso deprecipitación.
d) Colocar el vaso en la bomba de vacío.
e) Observar lo que sucede.

6. RESULTADOS
Para realizar los cálculos de la presión que alcanza el fluido en la bomba de presión se necesitan de los siguientes datos:

Datos:
R= 1.987 cal/K mol
ΔHv= 9720 cal/mol
P1= 760 mmHg
T1= 373 K

Se realizó cinco repeticiones del procedimiento con las siguientes temperaturas:

Temp| ºC | K |
T2 | 50 | 323 |
T3 | 60 | 333 |
T4 | 70 | 343 |
T5 | 80 | 353 |
TABLA1. Temperaturas del fluido de trabajo
T6 | 90 | 363 |

Utilizando la ecuación de Clausis-Clapeyron: lnP2P1=-∆HvR1T2-1T1 se calcula la presión en el equilibrio, que despejando quedaría:

P2=P1*℮-∆HvR1T2-1T1

Y se obtuvo las siguientes presiones:

Presión | mmHg |
P2 | 99.8005 |
P3 | 157.271 |P4 | 241.352 |
P5 | 361.504 |
P6 | 529.551 |
TABLA2. Presiones en el equilibrio

Representando los valores de presión y temperatura en el diagrama de fases tenemos el siguiente grafico, donde se muestra el estado de equilibrio liquido-vapor del sistema formado por una sustancia pura (agua).

GRAFICO1. Equilibrio líquido- vapor del agua

Al comparar los resultados obtenidos con losvalores tabulados en las tablas de vapor

Temp (ºC) | Temp (K) | Presión (bar) | Presión (mmHg) | Presión calculada(mmHg) | Error absoluto(mmHg) | Error porcentual% |
50 | 323 | 0.1235 | 93.86 | 99.8005 | 6 | 6,33 |
60 | 333 | 0.1994 | 151.544 | 157.271 | 6 | 3,78 |
70 | 343 | 0.3119 | 237.044 | 241.352 | 4 | 1,82 |
80 | 353 | 0.4739 | 360.164 | 361.504 | 1 | 0,37 |
90 | 363 |...