Obtención del Punto triple de una sustancia

Fisicoquímica. Congelación. Vapor de agua. Presión. Solidificación. Sólidos. Vaporización. Temperatura. Volumen

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PRACTICA 6

PUNTO TRIPLE

OBJETIVO

Determinar las condiciones en las que s e observa el punto triple del benceno.

INTRODUCCION

Sabemos que el punto triple normal de congelación del agua es de 0°C, a 1 atm de presión extrema y cuando el agua esta saturada con el aire, la presión de vapor real de agua a esta temperatura es de 4.6 mmHg aproximadamente. Si se coloca bajo un sistema de agua libre de aire y se le dejara alcanzar su equilibrio, se encontraría que el punto de congelación en el que el sólido y él liquido existe simultáneamente en presencia de vapor, seria de 0.0099°C y la presión de vapor seria 4.58 mmHg. Esta temperatura se conoce como punto triple.

Esta figura es lo que se conoce con el nombre de diagrama de fases del agua y se construye a partir de datos determinados experimentalmente. Se usa él termino de diagrama de fases porque la figura muestra las diversas fases que existen bajo condiciones diferentes de temperatura y de presión.

Una fase se determina como parte de un sistema, separadas del resto del sistema por una frontera física o una superficie, que puede ser continua o no. En este diagrama se muestran las tres fases: un gas, un liquido y un sólido. Es posible tener mas de una forma cristalina del agua y, si hay dos de ellas presentes, representara dos fases distintas.

Un diagrama dado cubre un margen de temperatura y de presión, en el cual se encuentra nada mas una forma cristalina, que puede estar constituida por un cristal grande o por muchos cristales pequeños. En el segundo, la frontera de las fases es discontinua.

La figura anterior ilustra la relación entre la distribución en el punto de fusión del agua y el aumento en la presión.

Debe recordarse que esta disminución del punto de congelación a causa de la presión es característica únicamente del agua y un numero muy limitado de otras sustancias. La mayoría de las sustancias muestran el efecto contrario.

Los sólidos, al agua que los líquidos, muestran presiones de vapor que aumentan al subir la temperatura. Si se separa constantemente el vapor de un sólido, el sólido pasara directamente al estado de vapor sin atravesar por el estado líquidos. Este cambio se conoce como sublimación. Al igual que durante la fusión y la evaporizaron, en el proceso se absorbe calor que se conoce como calor de sublimación.

Aunque el punto de congelación del agua es de 0°C a una presión extrema de 1 atm, si se ejerce una presión mayor se puede hacer que este sea menor. Este fenómeno lo ilustra el hecho de que a menudo hay agua que corre bajo un glaciar aunque la temperatura este por muy debajo de cero, debido a la enorme presión que ejerce el glaciar, que disminuye el punto de fusión del hielo.

Otro ejemplo de este fenómeno es el que se observa cuando se sujeta a un bloque de hielo a una presión en un punto, fundiéndose el hielo con mayor rapidez en el punto donde se aplica la presión.

EQUIPO

Matraz redondo de dos bocas.

Termómetro.

Vaso de precipitados de 2000ml.

Refrigerante recto.

Frasco de dos a tres litros, boca ancha.

Tubo en “U” como manómetro.

Bomba de vacío.

DESARROLLO

  • Instale el aparato como se muestra en la figura 2.

  • Llenar una cuarta parte del volumen del matraz redondo.

  • Arrancar la bomba de vacío, con la válvula de venteo (V-1) abierta.

  • Cerrar gradualmente la válvula de venteo hasta que comience la solidificación y simultáneamente la evaporizaron del benceno.

  • Observar la temperatura y presión a las que aumente las tres fases en equilibrio (sólido, liquido y vapor).

  • Cerrar la válvula de paso (V-2) entre la bomba de vacío y el recipiente amortiguador.

  • Apagar la bomba de vacío.

  • Observar nuevamente la temperatura y presión, asegurándose de que existen las tres fases.

  • Repetir el experimento por lo menos tres veces.

    DATOS EXPERIMENTALES

    T°C

    h(mmHg)

    Pabsoluta

    4

    554

    31

    CUESTIONARIO

  • Investigar en la literatura los datos de presión y temperatura critica del benceno.

  • R= Pc= 47.7 atm 36252 mmHg

    Tc= 288.5 °C 561.5 °K

  • Definir: componentes, fases y grados de libertad.

  • FASE: Es la parte física de un sistema, separadas del resto del sistema por una frontera física o una superficie que puede continuar o no.

    COMPONENTE: Numero mínimo de constituyentes independientes variables para expresar la composición de cada fase de un sistema de equilibrio, es él numero de componentes de un sistema.

    GRADOS DE LIBERTAD: Es el equilibrio de un sistema de cuerpos, se produce corrientemente bajo ciertos valores de presión, temperatura o concentración. Llamándose grados de libertad al numero de aquellos factores cuyos factores valuados deben ser conocidos para saber las condiciones del sistema.

  • Enunciar la regla de las fases de Gibbs.

  • Gibbs, estableció que hay una relación fija ante él numero de grados de libertad, de componentes y de fases presentes. Esta relación conocida como regla de las fases, es un principio muy general.

    Para formular esta regla, consideremos en general a un sistema de componentes “c” en el que existe “p” fases presentes. El problema ahora esta determinar él numero total de variables de un sistema. Esta depende de la presión y la temperatura. De nuevo a fin de definir la composición de cada fase es necesario especificar la concentración de los (C-1) contituyen puesto a que el otro restante, queda determinado por la diferencia. Como hay “p” (C-1), que junto con la temperatura y presión constituyen un total de (P(C-1) + 2).

    Concluyendo se tienen que un sistema de cuerpos en equilibrio, él numero total de fases mas el de libertad, es igual a los componentes más dos.

    F + P = C + 2 F= C - P + 2

    4.Detreminar él numero de grados de libertad en

  • La zona de vapor

  • La curva del liquido

  • El punto triple

  • F=C-P+2 F=grados de libertad

  • C=1 C= componentes

    P=1 P= fases

    F=1-1+2 = 2

    b) F=C-P+2

    C=1

    P=2

    F=1-2+2=1

    c) F=C-P+2

    C=1

    P=3

    F=1-3+2=0

  • Investigar en la literatura, la presión y la temperatura del punto triple del benceno y compararlo a la experimental.

  • Valor teórico Valor experimental

    T = 5.5°C = 278.5°K T = 4°C = 277°K

    P = 38mmHg P= 31 mmHg

    Valor teórico - valor experimental

    % Error = * 100

    valor teórico

    TEMPERATURA

    278.5 - 277

    % Error = * 100 = 0.538 %

    278.5

    PRESION

    38 - 31

    % Error = * 100 = 18.42 %

    38

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

    R= La temperatura es de: 0.0098°C = 273.0098°K

    La presión de vapor es de: 4.58

    CONCLUSIONES

    El punto triple de una sustancia, aparece al someter a ciertas condiciones de presión, volumen y temperatura; por cada sustancia existe un punto y en este existe un equilibrio de las fases, físicamente se observa como la existencia de liquido, gas y sólido en el recipiente.

    Una de las aplicaciones que se pueden dar con esta practica, es que el punto triple se puede presentar en algunos tanques de gas durante la temporada de invierno, ya que este tanque se encuentra expuesto a las tres condiciones de presión volumen y temperatura.

    BIBLIOGRAFIA

    FISICOQUIMICA BASICA

    Moore J. Walter

    Edit Prentice Hall

    p.p. 87-88

    EL MUNDO DE LA QUIMICA

    Borrell Maximo

    Edit Oceano

    p.p. 79-81

    INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

    UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

    LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I

    PUNTO TRIPLE