Equilbrio de fases para sustancias puras

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL[pic 1][pic 2]

ESCUELA SUPERIOR DE INGENERÍA QUÍMICA  E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO DE LAS FASES

PRÁCTICA 1 “EQUILIBRIO DE FASES PARA SUSTANCIAS PURAS”

PROFESOR: JESÚS CARLOS SANCHEZ OCHOA

SECCION B  EQUIPO 3

INGRANTES:

• GARCIA GRACIDA MONSERRAT
• GUTIERREZ FLORES KRYSTEL JAZMIN
• HERNANDEZ GRAJEDA LUIS ROMAN
• MONTOYO TREJO RICARDO FABIAN
• SEGURA URIBE BRENDA GABRIELA

FECHA DE ENTREGA: 18 DE SEPTIEMBRE DE 2018

OBJETIVOS

1. Determinar las condiciones del equilibrio para sustancias puras
2. Calcular los calores de vaporización y sublimación de sustancias puras
3. Estimar el punto triple de una sustancia pura
4. Verificar la validez de la ecuación de Claussius-Clapeyron
5. Determinar la entalpia de vaporización del agua y compararlo con el valor bibliográfico.

MARCO TEORICO

¿QUE ES UNA FASE?

Se define fase como aquella porción  de un sistema que es homogénea en cuanto a sus propiedades fisicoquímicas.Fase no es equivalente a compuesto, ya que en un mismo compuesto pueden coexistir en una o varias fases.

PUNTO TRIPLE

El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor.

PUNTO CRÍTICO

En termodinámica, un punto crítico es aquel límite para el cual el volumen de un líquido es igual al de una masa igual de vapor o, dicho de otro modo, en el cual las densidades del líquido y del vapor son iguales. 

En este punto no se pueden distribuir las fases liquida y de vapor arriba del punto crítico.Este punto indica el valor máximo de presión y temperatura en que élpuede coexistir en equilibrio dos fases.

DIAGRAMA DE FASES

Son representaciones gráficas de presión vs temperatura, a las que las fases sólida, líquida y vapor de una sustancia existen.

Un diagrama de fases no solamente sirve para determinar el estado físico en el que se encuentra una sustancia a una presión y temperatura dadas, sino también para predecir los cambios que tienen lugar cuando cambian las condiciones.

En los diagramas de fases se puede observar que las zonas de existencia de una sola fase sólida, líquida o gas aparecen como áreas delimitadas por las respectivas líneas de equilibrio, en el interior de estas áreas se pueden variar la presión o la temperatura independientemente; las condiciones en las cuales se encuentran en equilibrio dos fases, aparecen como líneas o curvas en el diagrama de fases, únicamente se puede modificar una variable, presión o temperatura mientras se mantenga el equilibrio entre las dos fases, es decir, para una temperatura específica , la presión queda fijada y viceversa.

En el punto triple no hay ningún grado de libertad dado que ni la P ni la T se pueden variar, pues desaparecería la coexistencia de las tres fases.

LEY DE GIBBS – REGLA DE LAS FASES

Esta regla nos define los grados de libertad que posee el sistema dependiendo del tipo de variables que consideremos. Establece la siguiente relación:

  F = C - P + 2

Dónde:

• F = número de grados de libertad
• C = número de componentes
• P = número de fases presentes
• 2 = es el número de variables de estado del sistema (temperatura y presión)

EQUILIBRIO TERMODINAMICO

En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado oproceso termodinámico cuando está sometido a unas determinadas condiciones (las condiciones que le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse simultáneamente en equilibrio térmico, equilibrio mecánico y equilibrio químico.

SUSTANCIA PURA:

Es aquella sustancia que tiene una composición química fija en cualquier parte se llama sustancia pura.

ECUACION DE CLAPEYRON

La ecuación de clapeyron permite calcular la pendiente de dicha curva,  es el calor latente o entalpia del cambio de fase y  es el volumen.[pic 3][pic 4]

ECUACIÓN DE CLAUSSIUS-CLAPEYRON

Se emplea para determinar la variación de la presión de saturación con la temperatura. También se utiliza en la regiónsólido-vapor si se sustituye la entalpía de vaporización por la entalpía de sublimación de la sustancia.

La ecuación es una forma de caracterizar el cambio de fases entre un líquido y el sólido. En un diagrama P-T, la línea que separa ambos estados se conoce como línea de coexistencia.

La relación de Claussius Clapeyron da la pendiente de dicha curva. Matemáticamente se puede expresar como:

[pic 5]

Donde  es la pendiente de dicha curva,  es el calor latente o entalpía del cambio de fase y  es el volumen.[pic 6][pic 7][pic 8]

Características de la ecuación de Clausius-Clapeyron [

• La condensación tiende a volver el gas que se ha formado por vaporización al estado líquido.
• La velocidad de condensación aumenta a medida que tiene lugar la vaporización, y aumenta la presión del vapor.
• El valor de la presión de vapor es independiente de las cantidades del líquido y vapor, mientras haya presente cualquier superficie libre del líquido. Este valor depende en realidad de la cantidad de moléculas ganadas o perdidas por el líquido.
• A mayor área expuesta al vapor, mayor será la cantidad de moléculas ganadas por el líquido.
• La composición del líquido es determinante en el valor de la presión de vapor durante el equilibrio.
• A mayor masa molecular menor valor en la presión de vapor. Este tipo de tratamiento permite además obtener los valores del calor y de la entropía de vaporización del líquido.

Esta es la ecuación de Clausius-Clapeyron la cual al integrarla, se obtiene:

[pic 9][pic 10]

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