Punto triple

1. Objetivos
2. Introducción teórica
3. Ley de la fases de Gibbs
4. Desarrollo experimental
6. Conclusiones
7. Bibliografía

OBJETIVOS:

• Determinar las condiciones en las que se observa el punto triple del Benceno.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA.

DIAGRAMAS DE FASES. En los diagramas de fases se indican los intervalos de existencia de las distintas fases (gaseosa, líquidas, sólidas) en función de la presión de vapor (o presión mecánica sobre el sistema) y de la temperatura. En el punto triple Las tres fases, sólida, liquidez y gaseosa están en equilibrio. A la temperatura del punto triple, el agua y el hielo tienen la misma presión de vapor. Un sólido sublimará a cualquier temperatura por debajo del punto triple cuando la presión es menor que la presión de vapor de equilibrio.

Un aumento de presión favorece la formación de la fase más densa. Al ser la densidad de la agua mayor que la del hielo un aumento de presión favorece la formación de agua líquida. Por ello la línea sólido-líquido está inclinada hacia la izquierda, al contrario de lo que es general. Tanto la sublimación como la fusión y la vaporización son procesos endotérmicos. De acuerdo con la ley

de Hess se tiene:

DHsub = DHfus + DHvap La condensación y la solidificación son exotérmicos.

LEY DE LA FASES DE GIBBS

Los grados de libertad de un sistema coinciden con el número de constituyentes independientes más dos, menos el número de fases:

V = c + 2-f

El número f de fases gaseosas será siempre uno, mientras que el número de fases líquidas puede ser dos o más si se tiene en varios líquidos inmiscibles unos en otros, y el número de fase sólidas puede

ser más elevado.

Los grados de libertad del sistema v son el número de condiciones que pueden modificarse libremente (temperatura, presión, concentraciones, presiones parciales) a las que pueden darse a prioridad y simultáneamente unos valores sin modificar la especie de sistema y sin correr el riesgo de que desaparezca una fase, y c es el número mínimo de cuerpos puros por medio de los cuales puede expresarse la composición de cada una de las fases del sistema.

Consideremos, por ejemplo, diagrama de fases del agua y dentro de él la línea que se refiere al equilibrio entre agua líquida y agua vapor, H2O(l)=H2O(v). En este caso el número de componentes c=1, el número de fases f=2 y por tanto v=1. El sistema es univariante. Si se fija la temperatura queda fijada la presión (o viceversa). Si estuvieran presentes las tres fases, como ocurre en el punto triple, el sistema sería invariante, es decir v=0.

Para la realización de este experimento hicimos uso del siguiente material:

MATERIAL REACTIVOS:

* Matraz redondo de 2 bocas. * Benceno

* Termómetro.

* 2 Vasos de precipitados.

* Refrigerante recto.

* Frasco de 2 a 3L de boca ancha.

* Bomba de vacío.

* Tubo en "U" como manómetro.

DESARROLLO EXPERIMENTAL..

• Instalamos el aparato de cómo en el experimento anterior de presión de un liquido puro.
• Tomamos el matraz y colocamos en el aproximadamente 60ml de benceno, o bien cuando este liquido cubriera la parte inferior del termómetro.
• Dejamos que el líquido (benceno) se enfriará a una temperatura de 10°, ya que este sé encontraba a la temperatura ambiente, esto lo logramos a traves de colocarle una cama de hielo, en un vaso de precipitado de 2000ml.
• Una vez lograda la temperatura óptima, encendimos la bomba de vacío, con la válvula de venteo abierta.
• Como la válvula de venteo se encontraba abierta la fuimos la fuimos cerrando hasta observar el fenómeno de el punto triple del benceno, o bien el equilibrio de las tres fases, líquido-sólido y vapor; cabe señalar que la creación de burbujas indica la presencia del vapor, y así se logro corroborar el fenómeno.
• Al estar observando el fenómeno cuando este sé encontraba en equilibrio de las tres fases, se obtuvieron los siguientes datos. El experimento lo realizamos dos veces para comprobar que el experimento es efectivo, cabe señalar que como el benceno estaba convirtiéndose en sólido ya que la temperatura había descendido debajo de los 10° lo dejamos que recuperara un poco mas de temperatura hasta llegar a 10° nuevamente, cuando el líquido hubo alcanzado esa temperatura repetimos el experimento nuevamente.

Datos del primer experimento.

Datos del segundo experimento.

CUESTIONARIO:

• Investigar en la literatura los datos de presión y temperatura crítica del Benceno.

Para la presión critica y la temperatura critica del benceno tenemos los siguientes datos.

• Definir : Componente, Fase y Grados de Libertad.
• SISTEMA: Parte del universo que se aísla para su estudio física o imaginaria.
• COMPONENTE: Son el numero mínimo o de constituyentes químicos distintos necesarios para definir la composición de cada fase en el sistema. De manera practica el numero de componentes consiste en igualdad del numero total de constituyentes químicos independientes en el sistema menos el numero de reacciones químicos que pueden ocurrir entre los constituyentes del sistema.
• FASE: Es una parte separable mecánicamente de un sistema que es completamente uniforme, no solo en composición, sino también en estado físico. Algunos ejemplos serian el volumen del aire, un vaso de vino o un pedazo de hielo. Los cambios con el derretimiento del hielo, la disolución de sal en agua, la evaporación de benceno se le llaman cambios en estado de agregación o cambios de fase. Entonces podemos deducir que "un sistema con una sola fase es un sistema homogéneo. Un sistema con mas de una fase es un sistema heterogéneo".
• GRADOS DE LIBERTAD: Es el numero mínimo de variables independientes (tales como la presión, temperatura y concentración) que deben especificarse a fin de definir completamente las restantes del sistema ó bien el número de variables de estado intensivo que se pueden variar independientemente.
• Enunciar la regla de fases de Gibbs.

J. Willard Gibbs en 1876 estableció por primera vez que haya relación fija entre el numero de grados de libertad, de componentes y de fases presentes. La ley que estableció conocida como la regla de fases es un principio general, y su validez no depende de su constitución atómica o molecular. Para formular esta regla, consideramos un sistema C en el que existen F fases presentes. Cuando existen F fases dispondremos de F-1 ecuación para cada constituyente y para C constituyentes habrá C (F-1) ecuaciones. Si este numero es igual al numero de variables, el sistema queda completamente definido, sin embargo el numero de variables excederá al de ecuaciones en F donde:

• L = al numero de variables – numero de ecuaciones
• L = [ P (C-1) + 2 ] – [ C ( P-1) ]

L = C – F +2

La ecuación nos indica los grados de libertad.

Donde:

C = numero de componentes.

F = fases del sistema.

L = grados de libertad del sistema.

2 = variables intensivas.

• Determinar los Grados de Libertad en:

1. La zona de vapor. De acuerdo a la grafica que tenemos obtenemos lo siguiente.

L = C – F +2 C = numero de componentes 1

F = fases del sistema 1

L = 1-1+2

L = 2

1. La curva del liquido-vapor. De acuerdo a la grafica que tenemos obtenemos lo siguiente.

L = C – F +2 C = numero de componentes 1

F = fases del sistema 2

L = 1-2+2

L = 1

1. El puno Triple. De acuerdo a la grafica que tenemos obtenemos lo siguiente.

L = C – F +2 C = numero de componentes 1

F = fases del sistema 3

L = 1-3+2

L = 0

• Investigar en la literatura, la presión y la temperatura del punto triple del Benceno y compararlo con respecto al experimental.

Obtuvimos los siguientes datos teóricos delo valor del Punto Triple del Benceno.

PBENCENO = 3,8 cmHg = 38 mmHg

TBENCENO = 5,5 °C = 5,5 °C + 273 = 278,5 °K

Datos del segundo experimento.

Al hacer las comparaciones se puede corroborar que los resultados obtenidos dentro del laboratorio fueron, podemos decir exitosos, ya que la variación entre cada una de las variables de Presión y Temperatura del Benceno, fue mínima; cabe señalar que si logramos observar el Punto Triple Crítico del benceno por los resultados que obtuvimos.

En este punto no se nos pide que calculemos el error relativo, en este caso, de las dos variables Presión y Temperatura, pero lo podemos hacer para visualizar de una manera porcentual, es decir de que tamaño fue nuestro error, entonces tenemos:

• Valor teórico de Presión = 38 mmHg.
• Valor teórico de Temperatura = 278,5 °K.
• Valor Experimental de Presión = 30 mmHg (Experimento # 1)
• Valor Experimental de Temperatura = 279 °K. (Experimento # 1)
• Valor Experimental de Presión = 27 mmHg (Experimento # 2)
• Valor Experimental de Temperatura = 278 °K. (Experimento # 2)

Para el error relativo para la Presión del experimento que realizamos la primer vez tenemos lo siguiente:

Para el error relativo para la Temperatura del experimento que realizamos la primer vez tenemos lo siguiente:

Para el error relativo para la Presión del experimento que realizamos la segunda vez tenemos lo siguiente:

Para el error relativo para la Temperatura del experimento que realizamos la segunda vez tenemos lo siguiente:

Cabe señalar que este punto que realice fue por ver desde otro punto de vista el experimento que realice.

• Investigar en la literatura los valores de P y T para el punto triple del agua.

Como ya sabemos, que el punto triple de algún liquido, en este caso agua, se cumple cuando existen las tres fases del mismo, es decir liquido-sólido-vapor; dado que el sistema se puso previamente en vacío enhenemos los siguientes datos.

• Temperatura = 0.0099°C = 273.0099 °K
• Presión = 4.58 mmHg

Donde esta temperatura se conoce como el punto triple para el agua, se puede ver que la temperatura prácticamente es 0 en grados °C.

CONCLUSIONES:

A través de este experimento, pudimos corroborar las cualidades del benceno, en cuanto a las fases, que este tiene, ya que el objetivo de encontrar el punto triple del Benceno lo logramos establecer o bien encontrar. Cabe señalar que los líquidos tienen características propias las cuales los hacen diferentes de los demás, es el caso del benceno al ver sus valores para el punto triple y de acuerdo con el agua los valores son diferentes, además cuando vi el punto triple parecería ser imposible que se lleve a cabo este fenómeno que un líquido este en equilibrio o bien que este en los tres estados de un liquido, es decir líquido-vapor-sólido.

BIBLIOGRAFÍA.

http://elprisma.com/quimica-gen%&!//

FUNDAMENTOS DE FISICOQUÍMICA, ED. LIMUSA, AUTOR: SAMUEL H. MARON; PÁG. 68,158,176.

Aarón Hernández