Obtención del Punto triple de una sustancia

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.
1
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
4
h(mmHg)
554
Pabsoluta
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.
2
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.
3
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
4
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
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