Diagrama de fases de un sistema Binario

Diagrama de fases de un sistema Binario

Contenido:OBJETIVOS:2

FUNDAMENTO TEORICO:2

DATOS:.4

TRATAMIENTO DE DATOS:.4

DISCUSION DE RESULTADOS:.10

CONCLUSIONES:.11

BICLIOGRAFIA:.11

DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA BINARIOOBJETIVOS: Aprender a construir el diagrama de fases de un sistema binario a partir de los termogramas de enfriamiento y calentamiento de soluciones acuosas de KCl de distintas composiciones.

reconocer los puntos, lneas y zonas relevantes del diagrama de fases obtenido. Determinar la composicin eutctica del sistema y la entalpia de fusin de cada componente puro.

Estudiar el comportamiento del sistema cloruro de potasio agua. Hallar las curvas de enfriamiento y calentamiento temperatura vs. Tiempo. Determinacin de los puntos de equilibrio en la congelacin de soluciones de composicin variable. Utilizando los puntos de congelacin construir diagramade fases: Temperatura vs. Composicin.FUNDAMENTO TEORICO:SeanAyBdossustanciastotalmentemisciblesenfaselquidaycompletamente inmiscibles en fase slida. La mezcla de cantidades arbitrarias de los lquidos A y B origina un sistema monofsico que es una disolucin de AyB.ComolosslidosAyBsoncompletamenteinsolublesentres,elenfriamiento de la disolucin lquida de A y B ocasiona que A o B se congelen, abandonando la disolucin. Para un sistema de doscomponentes, elnmero mximo de grados de libertades 3. Este resultado nos indica quesera necesario construir una grfica detres dimensiones para hacer una representacin completa de las condiciones de equilibrio (T, P, xi), donde xi es la composicin de uno delos componentes. Pero en este caso la presin no hace mucho efecto sobre el sistema (adems la presin se mantiene constante en la fusin) por lo que los grados de libertad disminuyen y la regla de fases queda: F=CP+1 Para construir un diagrama de fases se tiene que construir primero curvas de enfriamiento de sistemas dediferente composicin.

En la figura representalacurvadeenfriamientode una mezcla simple. (a) La solucin lquida comienza a enfriarse, disminuyendo as su temperatura a cierta velocidad. (b) A cierta temperatura comienza a separarseunslidoformadoporalgunodeloscomponentespuros.El congelamientoes exotrmico disminuyendo lavelocidad deenfriamiento. A medida que el slido se separa, la composicin del lquido se hace ms rica en elotrocomponentedisminuyendosutemperaturadefusin.Cuandola solucin alcanza una cierta composicin (la composicin eutctica) el sistema se solidifica como si se tratase de una sustancia pura y la temperatura se mantiene constante (c-d).Figura 2. Diagrama defase slido-lquido cuando existe miscibilidad total en fase lquida e inmiscibilidad total enfase slida .En la figura 2 se muestra que en el lmite de baja temperatura existe una mezcla bifsica del slido puro A y del slido puro B, ya que los slidos son inmiscibles. En el lmite de temperatura alta, existe una sola fase formada porladisolucinlquidadeAyB,yaqueambossonmiscibles.Viendoelenfriamiento de una disolucin de A y B, cuya concentracin X A, 1 sea cercana a1(ladoderechodeldiagrama).Sealcanzaunatemperaturaalaqueel disolvente A comienza a congelarse, originando una regin de dos fases con el slido. A en equilibrio con una disolucin liquida de A y B Esta curva esla CFGE, en la que se ve el descenso de la temperatura de congelacin de B por la presencia de A.La curva DE, de la misma manera,muestra el descenso del punto de congelacin de A por la presencia del soluto B. Si se enfra una solucin lquida con XB, 1 cercano a 1, (lado izquierdo de la figura) provocar que la sustancia pura Bse congele. Las dos curvas del punto decongelacin se interceptan en el punto E. Este punto es llamado punto eutctico. (Que funde fcilmente).Para conseguir una idea aproximada de la forma de las curvas DE y CFGE, se asumelaidealidaddelasmezclasysedesprecialadependenciadelatemperatura de la entalpa de fusin de A y de B. La ecuacin que incluye las aproximacionesparalascurvaseslasiguiente,deducidaapartirdela ecuacin de Clapeyron: lnx= 1Tf*-1Tc*Hfus*R

Dnde:

Tf* = temperatura de fusin del slido puro

Tc* = temperatura de congelacin del slido puro

X = fraccin molar del slido

Hfus* = entalpa de fusin del slido puro

R = constante de losgases ideales

SOLIDO LIQUIDO EN SISTEMAS DE DOS COMPONENTES

El efecto de la presin sobre los slidos y los lquidos es pequeo, y a menos que se est interesado en fenmenos que ocurran a presiones elevadas, se mantiene P constante a 1 atm y se estudia el diagrama de fases slido-lquido T vs XAPara un sistema de dos componentes, los grados de libertad son:

Es decir si el sistema consta de una fase, hace falta 3 variables para describirlo o solo se tiene que variar 3 condiciones para alcanzar una condicin de equilibrio. En este caso hemos trabajado a una presin constante, por lo que solo se tendr que especificar dos condiciones ms para poder explicar el sistema; estas sern las concentraciones de dos componentes.DATOS:DATOS EXPERIMENTALES

T (C) de trabajo: 21CPresin de Trabajo: 756mmHgCURVA DE ENFRIAMIENTO

MEZCLAMASA DE KCl (g)VOLUMEN DE AGUA (ml)

2%0,15

C. enfriamientoC. calentamiento

%KClMKClT inicio(C)T cristal (C)T Final (C)T inicio (C)T (C)T Final (C)

20,121--5-6-15

50,2521--3-3-16

80,418--2,5-5-

100,523--5-5-16

120,619,5--6-4-15

TRATAMIENTO DE DATOS:1. con los datos obtenidos experimentalmente durante el enfriamiento y calentamiento de la solucin salina, graficar temperatura (C) vs tiempo (min).indicar las temperatura donde se observaron los cambios de fase.DATOS DEL ENFRIAMIENTO:TT (C)tT (C)tT (C)TT (C)tT (C)tT (C)

00:002110:00820:00230:00-140:00-450:00-5

00:202010:20820:20230:20-240:20-450:20-5

00:402010:40820:40230:40-240:40-450:40-5

01:001811:00721:00131:00-241:00-451:00-5

01:201811:20721:20131:20-241:20-451:20-5

01:401711:40721:40131:40-241:40-451:40-5

02:001612:00722:00132:00-242:00-452:00-5

02:201612:20622:20132:20-242:20-452:20-5

02:401512:40622:40132:40-242:40-452:40-5

03:001513:00623:00133:00-243:00-453:00-5

03:201513:20623:20133:20-243:20-453:20-5

03:401413:40623:40033:40-343:40-453:40-5

04:001414:00524:00034:00-344:00-454:00-5

04:201314:20524:20034:20-344:20-454:20-5

04:401314:40524:40034:40-344:40-454:40-5

05:001215:00525:00035:00-345:00-455:00-5

05:201215:20425:20035:20-345:20-455:20-5

05:401215:40425:40035:40-345:40-555:40-5

06:001116:00426:00036:00-346:00-556:00-5

06:201116:20426:20036:20-346:20-556:20-5

06:401116:40426:40036:40-346:40-556:40-5

07:001017:00427:00037:00-347:00-557:00-5

07:201017:20327:20037:20-347:20-557:20-5

07:401017:40327:40-137:40-347:40-557:40-5

08:001018:00328:00-138:00-348:00-558:00-5

08:20918:20328:20-138:20-348:20-558:20-5

08:40918:40328:40-138:40-348:40-558:40-5

09:00919:00229:00-139:00-349:00-559:00-5

09:20919:20229:20-139:20-349:20-559:20-5

09:40819:40229:40-139:40-349:40-559:40-5

00:00-5

CURVA DE ENFRIAMIENTO

(Se observ el primer cristal en -7.2C a partir de esa temperatura sigue ascendiendo hasta alcanzar los 0.5C quedando en equilibrio.DATOS DEL CALENTAMIENTO:TT (C)TT (C)tT (C)tT (C)tT (C)

00:00-605:00-110:00415:00820:0012

00:20-605:20-110:20515:20920:2012

00:40-605:40-110:40515:40920:4012

01:00-606:00011:00516:00921:0013

01:20-606:20011:20616:201021:2013

01:40-506:40011:40616:401021:4013

02:00-507:00112:00617:001022:0013

02:20-407:20112:20717:201022:2013

02:40-407:40212:40717:401122:4014

03:00-408:00213:00718:001123:0014

03:20-308:20213:20718:201123:2014

03:40-308:40313:40718:401123:4014

04:00-209:00314:00719:001124:0014

04:20-209:20414:20819:201224:2014

04:40-109:40414:40819:401224:4015

25:0015

CURVA DE CALENTAMIENTO

(Se observ la primera gota de agua en -8.8C a partir de esa temperatura sigue descendiendo hasta alcanzar los -12C quedando en equilibrio fase liquida.

2. Con los datos experimentales y los datos manuales construir el diagrama de fases (temperatura en C vs composicin en % en peso) para el sistema binario KCl-H2O. Indicar las fases presentes en cada zona as como las curvas de solubilidad y los puntos notables.

C: punto eutctico donde se forma el primer cristal donde demarca la frontera de la parte liquida y slida. Los potenciales qumicos de agua y KCl en la disolucin son iguales a los de agua y KCl puros, y tanto agua como KCl se congelan cuando se enfra una disolucin con la composicin eutctica.B: temperatura de fusin del agua.A: temperatura de fusin de KCl.La curva BC da el descenso del punto de congelacin del agua por la presencia del soluto KCl y de igual manera para la curva AB.3. Investiga el diagrama de fases del sistema KCl H2O terico.

DISCUSION DE RESULTADOS: Los resultados obtenidos en la prctica fueron aceptables ya que la temperatura eutctica es cercana a la terica obteniendo un error del 18 %. Se habra obtenido un mejor resultado si se usaba el sistema naftaleno benceno ya que la grfica sera ms exacta, pero este sistema tiene un problema porque la exposicin ante el benceno puede producir enfermedades como el cncer. As que es recomendable usar el sistema KCl H2O ya que no tiene efectos dainos para la salud.CONCLUSIONES: Un diagrama de fases binario muestra las fases formadas para diferentes muestras de dos elementos en un rango de temperaturas.

Se puede concluir que los puntos fusin de mezclas de sustancias es siempre menor que los que corresponde a las sustancias puras.

El punto eutctico es invariante, pues solo existe una temperatura y una composicin del sistema a la cual puedan existir juntas las tres fases en equilibrio a una presin constante. Un diagrama de fases binario muestra las fases formadas para diferentes muestras de dos elementos en un rango de temperaturas. La grfica de enfriamiento de un sistema para diferentes composiciones constituye la base para el anlisis trmico. Se puede concluir que los puntos fusin de mezclas de sustancias es siempre menor que los que corresponde a las sustancias puras. El punto eutctico es invariante, pues solo existe una temperatura y una composicin del sistema a la cual puedan existir juntas las tres fases en equilibrio a una presin constante. Un mezcla eutctica tiene diferente composicin a presin diferente, por lo tanto, el hecho de que el punto se solidificacin de un eutctico sea constante no significa que se haya formado un compuesto definido.BIBLIOGRAFIA G.PONSMUZZO, Fisicoqumica, Segunda Edicin http://www.unlu.edu.ar/~qui10192/qi0020405.htm http://fain.uncoma.edu.ar/prof_tec/mecanic/materiales/DiagramasEquilibrio.pdf Enciclopedia Encarta 2009 Biblioteca Premium / Tabla peridica. Ira N. Levine. Fisicoqumica. Editorial: Mc Graw Hill, quinta edicin, Volumen 1, Madrid, 2004, Paginas: 457 458 459 465.

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