Ley De Fases De Gibbs

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.

h1=mmHg h2=mmHg D h = mmHg

(h1- h2 ) PABSOLUTA = PATMOSFERICA - P MANOMÉTRICA (D h) PABSOLUTA

mmHg TEMPERATURA

° C

595,0 40,0 555,0 585,0 - 555,0 = 30 30 6

Datos del segundo experimento.

h1=mmHg h2=mmHg D h = mmHg

(h1- h2 ) PABSOLUTA = PATMOSFERICA - P MANOMÉTRICA (D h) PABSOLUTA

mmHg TEMPERATURA

° C

597,0 39,0 558,0 585,0 - 558,0 = 27 27 5

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,

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