Equilibrio entre fases

EQUILIBRIO ENTRE FASES
CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES DEL CICLOHEXANO

OBJETIVO GENERAL

- Analizar un diagrama de fases de una sustancia construido con datos experimentales y teóricos de presión y temperatura, calculando el número de grados de libertad para distintas regiones de dicho diagrama y explicando su significado.

OBJETIVOS PARTICULARES

- Comprender la regla de lasfases de Gibbs y explicar qué información proporciona en la construcción del diagrama de fases.

- Indicar en qué casos de equilibrio de fases se aplica la ecuación de Clausius-Clapeyron.

- Calcular temperaturas en un punto de equilibrio L-V o S-V a temperaturas de ebullición normal y obtenida a presión atmosférica del lugar de trabajo, utilizando la ecuación de Clausius-Clapeyronapropiada.

PROBLEMA

- Construir el diagrama de fases del ciclohexano, en base a datos experimentales y teóricos, identificando su punto triple y crítico, calculando a su vez el número de grados de libertad para distintas regiones.

- Construir la curva de enfriamiento del ciclohexano, en base a datos experimentales (equilibrio S-L)

INTRODUCCIÓN

EQUILIBRIO ENTRE FASESLa regla de Gibbs define los grados de libertad que posee un sistema dependiendo del tipo de variables que consideremos. Los grados de libertad son el número de variables independientes o de factores que deben conocerse para saber las condiciones de un sistema, en dicho sistema se pueden encontrar diversas fases, definidas como porciones homogéneas o partes físicas mecánicamenteseparables. Los componentes, se utilizan para expresar su composición. La regla de Gibbs queda expresado de la siguiente manera:

F= C-P+2 Donde:

F= número de grados de libertad

C= número de componentes

P= número de fases presentes

2= número de variables de estado de sistema (temperatura y presión

La regla de Gibbs, como se mencionó anteriormente, es utilizado para analizar losgrados de libertad en un diagrama de fases, un diagrama de fases permite determinar el estado más estable para una sustancia a una presión y temperatura dadas. Da las condiciones en las que podemos tener los tres estados en equilibrio. El análisis se determina de la siguiente forma:

• Región L, S o V

C=1, P=1

F= C-P+2 = 2

• Línea equilibrio S-L, V-L, S-V

C=1, P=2

F=C-P+2= 1

• Punto triple: Se interceptan las 3 líneas en el diagrama, indica que las 3 fases coexisten en equilibrio. A esta temperatura única, el sólido y el líquido tiene la misma presión de vapor.

C= 1, P=3

F= C-P+2 = 0

En un diagrama de fases, se puede encontrar el punto crítico, cuyas variables: la temperatura y presión crítica, propiedades intensivas, se hacen idénticas,no se distinguen entres gases y líquidos. La temperatura crítica es una característica de cualquier sustancia, que define el campo en el que ésta puede transformarse en vapor en presencia del líquido correspondiente. Si la temperatura de un gas, está sobre la temperatura crítica, el gas no se puede condensar, sin importar la presión aplicada. En cuanto a la presión crítica, a presionessuperiores a ésta, la transformación del líquido en gas sucede sin paso por la fase del vapor. A través de esta práctica, se tiene que tomar en cuenta, los siguientes términos:

• Entalpía de fusión: Cantidad de calor necesaria para pasar la unidad de hielo del estado sólido al líquido a la temperatura de fusión del mismo. Durante este cambio de estado, el calor que absorbe el hielo no originacambio alguno de su temperatura.

• Entalpía de vaporización: Calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura.

Asimismo, se tiene que considerar dos ecuaciones, la ecuación de Clapeyron, que permite calcular la pendiente de una línea de equilibrio entre dos fases, y la ecuación de Clausius-Clapeyron que sólo es aplicable para obtener la presión de vapor de un...