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8/12/2019 Inform Labo10

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Informe de Laboratorio de Fisicoqumica II

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INDICE

I. INTR ODUCCION Pg. 2

II. RE SUMEN Pg. 3

III. PRINCIP IOS TEORICOS Pg. 4

IV. DATOS E XPERIMENTALES. Pg. 5

V. CALC ULOS. Pg. 8

VI. DISCUSIO N DE RESULTADOSPg. 16

VII. CONC LUSIONES Pg. 17

VIII. RECO MENDACIONESPg. 17

IX. BIBLIO GRAFIA..Pg. 18

X. APEN DICE..Pg. 19


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I.INTRODUCCION

El concepto de sistema heterogneo implica el concepto de fase. Fase es toda porcin de unsistema con la misma estructura o arreglo atmico, con aproximadamente la mismacomposicin y propiedades en todo el material que la constituye y con una interfacedefinida con toda otra fase vecina. Puede tener uno varios componentes. Debediferenciarse del concepto de componente, que se refiere al tipo de material que puededistinguirse de otro por su naturaleza de sustancia qumica diferente. Por ejemplo, unasolucin es un sistema homogneo (una sola fase) pero sin embargo est constituida por almenos dos componentes. Por otro lado, una sustancia pura (un solo componente) puedeaparecer en dos de sus estados fsicos en determinadas condiciones y as identificarse dosfases con diferente organizacin atmica y propiedades cada una y con una clara superficiede separacin entre ellas (interface). Los equilibrios entre fases pueden corresponder a losms variados tipos de sistemas heterogneos: un lquido en equilibrio con su vapor, unasolucin saturada en equilibrio con el soluto en exceso, dos lquidos parcialmente solublesel uno en el otro, dos slidos totalmente solubles en equilibrio con su fase fundida, dosslidos parcialmente solubles en equilibrio con un compuesto formado entre ellos, etc. Elobjetivo es describir completamente el sistema. El comportamiento de estos sistemas enequilibrio se estudia por medio de grficos que se conocen como diagramas de fase: seobtienen graficando en funcin de variables como presin, temperatura y composicin y elsistema en equilibrio queda definido para cada punto (los grficos de cambio de estadofsico de presin de vapor de una solucin de dos lquidos son ejemplos de diagramas defases). La mayora de los diagramas de fase han sido construidos segn condiciones deequilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas por ingenieros y cientficos

para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de materiales. A partir de losdiagramas de fase se puede obtener informacin como:1.- Conocer que fases estn presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajocondiciones de enfriamiento lento (equilibrio).2.- Averiguar la solubilidad, en el estado slido y en el equilibrio, de un elemento ( ocompuesto) en otro.3.- Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases.

Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de fase en sistemas multicomponentestienen aplicaciones importantes en qumica, geologa y ciencia de los materiales. La cienciade materiales estudia la estructura, propiedades y aplicaciones de los materiales cientficosy tecnolgicos.


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II. Resumen

La presente practica titulada Gases que bajo las condiciones de presin: P=756 mmHg;temperatura: T=23C Humedad relativa; H=95; tuvo como objetivo la determinacin experimentalde un diagrama de fases y la curva de enfriamiento de una mezcla binaria (cloroformo ynaftaleno) que son solubles en fase liquida pero no miscibles en estado slido.

Para la determinacin del diagrama de fases se har mediante la observacin del punto decristalizacin de una muestra que ha sido en primer lugar fusionada en un bao caliente y luegotrasladada a un bao de enfriamiento para su cristalizacin , estas muestras contienen diversascomposiciones de tal manera que la fraccin molar del componente de mayor temperatura defusin este de manera ascendente ( 0 1 ) , conocidas estas composiciones y sus temperaturasde cristalizacin experimental ,se graficara el diagrama de fases binario temperatura cris. Vscomposicin molar. As como el punto eutctico de la mezcla que le corresponde en teora unos32 C y experimentalmente 31.4C y una composicin molar de 0.64. Con lo que se obtuvo unerror relativo en la temperatura eutctica de 1.87 %.

De manera similar para la curva de enfriamiento se tomara una muestra pura de naftaleno(muestra N8 ) y una mezcla cuya temperatura de cristalizacin este ms prxima a la terica eneste caso la muestra N 3 de T cristaliza. Experimental =43.1 C y composicin de 0.664, paraambos casos se fusionara la muestra y luego trasladado a un bao de enfriamiento, debido aque la muestra estar a varios de grados por encima de la fusin se deber esperar a que estaeste unos 3 a 4 grados por encima de la cristalizacin para comenzar a tomar del descenso de latemperatura a intervalos de 10 segundos y observar el comportamiento de cada muestra ,,segnlas graficas demostraron que para la sustancia pura de naftaleno la temperatura se hizoconstante a la de su temperatura de cristalizacin ,mientras que la mezcla su temperatura sehizo constante a la de la eutctica

En conclusin


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III .PRINCIPIOS TERICOS

La Regla de Fases de Gibbs establece que:

F = C-P + 2

En 1875 J. Willard Gibbs relacion tres variables: fases (P), componente, (C) ygrados de libertad varianza, (F) para sistemas multi-componentes enequilibrio. Eel nmero de grados de libertad se determina por la ecuacin (1) si

y solo si el equilibrio entre las fases no est influenciado por gravedad, fuerzaselctricas magnticas y solo se afecte por la temperatura, presin yconcentracin. El nmero dos en la ecuacin corresponde a las variables detemperatura, T y presin, P.

Cada una de las variables en la ecuacin se define a continuacin:

a) Fase - (P)- es un parte uniforme de un sistema en trminos de composicinqumica y propiedades fsicas. Est separada de otras partes homogneas delsistema por medio de superficies lmites. Se representa por la letra "P" dondese indica el nmero de fases diferentes en un sistema.

b) Componente -(C) - Se refiere al nmero de constituyentes qumicamentediferentes que son necesarios para describir la composicin de cada fase. Suconcentracin puede variar en forma independiente. Es importante notar que silos constituyentes no reaccionan entre s el nmero de sustancias en el sistemaser igual al nmero de componentes. Sin embargo, si estos reaccionan entre s,el nmero de componentes ser menor que el nmero de sustancias.

Nmero de grados de libertad o varianza - (F)- se refiere al nmero mnimo devariables intensivas independientes (presin, temperatura, fraccin molar), quedebe especificarse para poder describir completamente el estado de unsistema .


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IV.DATOS EXPERIMENTALES

Presin Atmosfrica 756 mmHgTemperatura 23CHumedad Relativa 95 %

TABLA N 1

Datos experimentales para realizar el diagrama de fases

Tubo Temp.Exp.(cristalizacin )1 53,2 C2 46,8 C3 43,1 C4 31,4 C5 53,2 C6 59,3 C7 72,3 C8 80,5 C


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TABLA N 2

Datos experimentales del enfriamiento del naftaleno (tubo N8)

t (s) T (C) t (s) T (C)0 85 310 80,410 84,5 320 80,420 83,9 330 80,430 83,7 340 80,440 83,3 350 80,450 82,5 360 80,460 82,1 370 80,470 81,7 380 80,3

80 81,3 390 80,290 80,9 400 80,1100 80,9 410 80,1110 80,6 420 80,0120 80,3 430 80,0130 80,6 440 79,9140 80,6 450 79,9150 80,6 460 79,9160 80,6 470 79,6170 80,5 480 79,6

180 80,5 490 79,7190 80,5 500 79,7200 80,5 510 79,6210 80,3 520 79,4220 80,3 530 79,3230 80,3 540 79,3240 80,5 550 79,2250 80,5 560 79,1260 80,4 570 79,1270 80,4 580 79,0280 80,4 590 79,0290 80,4 600 78,5300 80,4 610 77,7


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V .CLCULOS

a)

TUBON

XB (p- C6H4Cl2) XA(C10H8)

1 1 02 0,8789 0,12113 0,8132 0,18684 0,6446 0,35545 0,4655 0,53456 0,3278 0,67227 0,1483 0,85178 0 1

b) Analizando el diagrama de datos en lac)

d) El punto eutctico

e) Tenemos la ecuacin :

Para el naftaleno ( C10H8):


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Log XA = 0,0332 Para el punto de cristalizacin del naftaleno (T = 80,5 C):

Log XA = 0,0332 De aqu : XA =0,916452

Para T=59,3C = 332,45 K

Log XA = 0,0332

XA= 0,611

Para T=72,3 C = 345,45 K

Log XA = 0,0332

XA= 0,788

Para T=47,5 C = 320,65 K

Log XA = 0,0332

XA= 0,48

Para T=31,4 C

Log XA = 0,0332


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XA= 0,332

Para T= 28,6 C =301,75 K

Log XA = 0,0332

XA= 0,312

f) De la misma manera para el p- diclorobenceno

Log XB = -0,03302 A una temperatura de cristalizacin de T = 53,2 C = 326,35 KReemplazando

Log XB= -0,03302

XB= 1,00

Para T=46,8 C = 320 K

Log XB= -0,03302 XB= 0,8754

Para T= 43,1 C = 316,25 K

Log XB= -0,03302

XB= 0,8066

Para T= 37,5 C = 310,65 K


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Log XB= -0,03302 XB= 0,711

Para T =31,4 C = 304,55 K

Log XB= -0,03302

XB= 0,62

g) Calculando el calor latente de fusin de los componentes puros :

Experimentalmente:

p- C6H4Cl2 : H = -10250 + 94,07 T 0,1511 T 2 cal/mol

Para una T fusion = 53,2 C = 326,35 K

Hfusion= 4356,94 cal/mol

C10H8 : H = 4265 -26,31 T 0,1525 T 2 -0,000214 T 3 cal/mol

Para una T fusion = 80,5C = 353,65 K

Hfusion = - 33577,76 cal/mol

Calculando para los valores tericos:

Para el p-diclorobenceno segn teora :


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T fusion = 54 C = 327,15 K

H fusion = -10250 + 94,07x 327,15 0,1511 x327,152 cal/mol

H fusion = 4353,92 cal/mol

Para el naftaleno: T fusion = 80C = 353,15 K

H fusion = 4265 -26,31x353,15 0,1525x353,15 2 -0,000214 x353,15 3 cal/mol

H fusion = -33470,62 cal/mol

h) Segn la formula :Al considerar la presin constante , tenemos la ecuacin

F P = C 1

En el punto eutctico, se tienen 2 componentes el naftaleno y p-diclorobenceno, los

cuales estn en una sola fase, slida, por tanto:

F 2 = 2 1

F = 1

F P = C 2F 2 = 2 2

F = 2

i) Hallando el porcentaje de error

Para las fracciones molares de p- C6H4Cl2


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Tubo 8 :

Error = ( ) ( ) ( ) = =9,12

Tubo 7:

Error = ( ) ( ) ( ) = =9,2 Tubo 6:

Error = ( ) ( ) ( ) = =10,0

Tubo 5:

Error = ( ) ( ) ( ) = =11,9

Para las fracciones molares del naftaleno:

Tubo 1:

Error = ( ) ( ) ( ) = =0,0 Tubo 2:

Error = ( ) ( ) ( ) = =0,

Tubo 3:


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Error = ( ) ( ) ( ) = =0,82 Tubo 4:

Error = ( ) ( ) ( ) = =3,97

Comparando las composiciones tericas y experimentales

Tubo XA (Teorico ) XA (experimental) Error8 0,916452 1 9,127 0,788 0,8517 8,086 0,611 0,6722 10,05 0,48 0,5345 11,4

Tubo XB (Teorico ) XB (experimental) Error1 1,00 1,00 0,002 0,8754 0,8789 0,403 0,8066 0,8132 0,824 0,62 0,6446 3,97

Comparando las entalpias de fusin terica y experimental para:


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P-diclorobenceno:

Error = | |x 100 = 0,07

naftaleno

Error = | ( )| x100 = 0,32

Valor terico(cal/mol)

Valorexperimental

(cal/mol) Error

H fusin (p-diclorobenceno)

4353,92 4356,94 0,07

H fusin (naftaleno)

-33470,6 - 33577,76 0,3


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VI. Discusin de resultados

Del diagrama de fases se obtuvieron valores muy aproximados a los de los tericosesto no dice que la composiciones de las muestras estn en proporciones adecuadas, los errores relativos no exceden el %

De las graficas de curvas de enfriamiento se obtuvo de la muestra pura de naftalenoun descenso de la temperatura hasta que permaneci constante cerca de los 80.4 Clo que indica que en este punto empez la cristalizacin del naftaleno , estatemperatura permaneci constante entre los 4 y 5 min hasta que cristalizo en sutotalidad

En el caso de la mezcla este tomo mucho ms tiempo debido a que el bao deenfriamiento no fue lo suficientemente frio sin embargo se pudieron apreciar loscambios fsicos que ocurrieron en la solucin, interpretados por los cambios de

pendiente de la grafica.

En (d) la solucin se mantuvo enestado lquido mientras descenda latemperatura hasta que empiezaa cristalizar el naftaleno.En (e) a medida que A vacristalizando va cediendo su calorlatente de forma que la velocidadde enfriamiento en (e) es menor

que en (d) , a su vez la composicinde la fase liquida A y B va siendoalterada hasta que se alcanza lacomposicin eutctica

En (f) se ha llegado a la composicin eutctica donde la cristalizacin de A y B se da arazn constante manteniendo la temperatura constante hasta que la cristalizacin sehaya concluido.

En la parte final (g) hay descenso de la temperatura de la fase solida donde amboscomponente estn separados.


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VII.Conclusiones

El tiempo donde se la temperatura se hace constante en una curva de enfriamiento parauna mezcla, ser ms prolongada en cuanto la composicin de la mezcla este msprxima a la composicin eutctica.

La curva de enfriamiento de una mezcla binaria cambia de pendiente debido al que elslido de T fusin ms elevada empieza a cristalizar y esta al ser un proceso exotrmicocede el calor a la solucin haciendo que esta se enfre ms lento.

Respecto al diagrama de faces de un sistema binario, en la grafica estas convergen en unpunto en donde se ubica la temperatura mnima a la cual se pueden fusionar lassustancias a una determinada composicin.

VIII. Recomendaciones

Lavar bien el agitador metlico, ya que al rotar las muestras parte de estas se quedanimpregnadas en el agitador, y podran causar contaminacin de muestras al rotarlas.

Agitar constantemente el bao para que esta reduzca su temperatura a as la muestra nodemore en enfriar.

Para el procedimiento de la curva de enfriamiento , tomar la muestra cuyo punto tecristalizacin este ms prximo al terico.


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IX. Bibliografa

http://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_fase La regla de las fases/ F.D.FERGUSON,T.K.Jones pg. 59-60-61 Fisicoqumica Gilbert w .castellan segunda edicin -equilibrio de fases en

sistemas simples pag-284
http://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_fasehttp://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_fase


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XI. Apndice

Qu es un diagrama de fases? Cul es su importancia?

Se denomina diagrama de fase a la representacin grfica de las fronteras entre diferentesestados de la materia de un sistema, en funcin de variables elegidas para facilitar el estudio delmismo

Diagrama de fase de una sustancia pura; Los diagramas de fase ms sencillos son los de presin -temperatura de una sustancia pura

Diagrama de fase binario, Cuando aparecen varias sustancias, la representacin de los cambios defase puede ser ms compleja. Un caso particular, el ms sencillo, corresponde a los diagramas defase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentracin,normalmente en masa.

Qu entiende usted por un sistema eutctico simple?

Un sistema eutctico simple es aquel en donde los componentes son completamentemiscibles en la fase liquida, pero en las fases solidas estn integradas por componentespuros. El rea designada por liquido corresponde a una sola fase liquida a presin

constante.

El tramo AC representa las temperaturas a las que diferentes mezclas liquidas seencuentran en equilibrio entre las mezclas liquidas y B solido y puro.

Las dos curvas AC y BC concurren en el punto C, temperatura eutctica, a la cual seencuentran en equilibrio solido A puro, solido B puro y lquido. La mezcla de estacomposicin se denomina mezcla eutctica

Dado que en C se presentan tres fases coexistentes, se trata de un punto invariable y, si sesepara el liquido, la temperatura permanecer constante hasta que haya cristalizadocompletamente; solo se formara dos fases solidas, y una vez ocurrido esto podr disminuirla temperatura.
http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia


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En un diagrama de punto eutctico simple, explique la aplicacin de la regla de la

palanca

La regla de la palanca nos da a conocer la relacin del numero de moles de solucin decomposicin b con el numero de moles del solido A es igual a la relacin, entre los segmentos dela lnea ac y ab .

A menor temperatura, mayor es la cantidad relativa del slido para una composicin global

Un punto con a representa la solucin de composicin b en equilibrio con el slido decomposicin c, esto es A puro.

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