Universidad Central del EcuadorFacultad de Ingeniera QumicaLaboratorio de Termodinmica I

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADORFACULTAD DE INGENIERA QUMICALABORATORIO DE TERMODINAMICA I

PRACTICA N 5PUNTO TRIPLE DE SUSTANCIAS PURAS

INTEGRANTES:BELEN CARRILLOGEOVANNY ESTRADAROBINSON HAROKAREN MARTNEZ

Ayudante de Ctedra: Pablo LondooFecha de entrega: 04 de Junio del 2013

Quito-Ecuador

RESUMEN

Se estim el punto triple del benceno y la naftalina mediante cambios de presin y temperatura del sistema en el caso de la naftalina por medio de colorantes para facilitar la estimacin del punto triple. Se identific la coexistencia de los tres estados de agregacin de la materia; para lo cual se coloc en un recipiente de vidrio agua se calent, se coloc la naftalina y el colorante; se observa el punto triple. Para el caso del benceno se identific el punto triple, la temperatura por medio de la diferencia de presin por medio de un barmetro, se ocasiono un vaco para el cambio de presin y con bajas temperaturas para conseguir el punto triple del benceno.

DESCRIPTORESPONTO TRIPLE/PRESIN/TEMPERATURA/ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA

Prctica # 5 PUNTO TRIPLE DE SUSTANCIAS PURAS

1. OBJETIVOS1.1. Estimar el punto triple del benceno y la naftalina mediante cambios de presin y temperatura del sistema1.2. Identificar la coexistencia de los tres estados de agregacin de la materia

2. TEORA 2.1. Diagrama de fasesSe denominadiagrama de fase,diagrama de equilibrio de fasesodiagrama de estados de la materia, a la representacin grfica de las fronteras entre diferentesestados de la materiade un sistema, en funcin de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregacin diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.Los diagramas de equilibrio son grficas que representan las fases y estado en que pueden estar diferentes concentraciones de materiales que forma una aleacin a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material est en fase lquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales estn en estado slido.(1)

Fig. 2.1-1.- Diagrama de fasesFuente.- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phase-diag_es.svg

2.2. Regla de las fases de Gibbs Enqumicaytermodinmica, laregla de las fases de Gibbsdescribe el nmero degrados de libertad(L) en un sistema cerrado en equilibrio, en trminos del nmero de fases separadas (F), el nmero de componentes qumicos (C) del sistema y N el nmero de variables no composicionales (por ejemplo; presin o temperatura). Esta regla establece la relacin entre esos 4 nmeros enteros dada por: Ec. 2.2-1La regla de las fases de Gibbs fue derivada de los principios de la termodinmica porJosiah Willard Gibbshacia 1870. (2)

2.3. Equilibrio Slido vaporParte de las partculas de un slido tienen energa suficiente para pasar a gas. Las caractersticas de este equilibrio son similares a las del equilibrio entre lquidos y gases. Por encima de la temperatura crtico, al no existir estado lquido, un slido sublima (pasa directamente a gas) y un gas depositado. La presin de vapor del solido depende de la entalpia y entropa de sublimacin y de la temperatura, segn la ecuacin lnpv (en atm)= -Hsub/RT + Ssub/R. La temperatura de sublimacin es el equivalente de la de ebullicin (3)

3. PARTE EXPERIMENTAL3.1. Materiales y equipos 3.1.1. Vaso de precipitacin(Rango: 300 ml ; Ap: + 50ml)3.1.2. Termmetro(Rango: 300 oC ; Ap: + 1 oC)3.1.3. Reverbero3.1.4. Bomba de vacio3.1.5. Tubos comunicantes3.1.6. Tapones3.1.7. Baln aforado3.2. Sustancias y reactivos3.2.1. NaftalinaC10H8(s)3.2.2. BencenoC6H6(l)3.2.3. AguaH2O(l)3.2.4. AcetonaC3H6O(l)3.2.5. HieloH2O(s)3.3. Procedimiento 3.3.1. Identificacin del punto triple de la Naftalina3.3.1.1. Colocar agua en un vaso de precipitacin hasta la mitad de su capacidad y calentarla hasta los 50 oC.3.3.1.2. Colocar la Naftalina en el agua caliente y seguir calentando hasta observar que coexistan los tres estados de la materia.3.3.1.3. Tomar la temperatura y la presin a la cual se identific el punto triple y registrar los datos.

3.3.2. Identificacin del punto triple del Benceno.3.3.2.1. Colocar en un vaso de precipitacin agua, hielo y acetona.3.3.2.2. Colocar cierta cantidad de Benceno en un baln de tres cuellos.3.3.2.3. Colocar el baln en la solucin de hielo y agua previamente preparada y espera a que se enfre el benceno.3.3.2.4. Armar el equipo con la bomba de vacio y generar una diferencia de alturas en los tubos comunicantes de 20 cm. Es decir que se generara una presin de 200 mm de Hg menos de la presin atmosfrica.3.3.2.5. Esperar a que el benceno alcance el punto triple y registrar los datos de presin y temperatura.

4. DATOS 4.1. Datos experimentalesTabla 4.1-1Punto triple de las sustanciasSustancia Temperatura, [C] presin, [mmHg]

Naftalina79542

Benceno5531

5. DISCUSINLos objetivos de la prctica se cumplieron con xito y se obtuvieron conocimientos sobre la estimacin del punto triple.Los resultados obtenidos no presentan un margen de error muy insignificante y esto se debe a que la estimacin del punto triple de la naftalina fue muy fcil de identificar el colorante facilito el trabajo de identificacin del punto triple tomando el dato de la temperatura del punto triple y se verifico mediante la teora que el dato tomado era correcto.Para la estimacin del punto triple del benceno como se conoca por teora que no se poda realizar a condiciones ambientales se aplic distintos conocimientos y buen manejo de los mismos como aplicar un vaco para disminuir la presin y bajar la temperatura con la ayuda de hielo obteniendo datos muy parecidos a los tericos.Finalmente se puede decir que la prctica se realiz sin mayor inconveniente y eso se demuestra en los resultados obtenidos nuestros valores resultantes no son ms que una aproximacin dependiente de nuestra observacin y estimacin de la presencia de las tres fases, lo que hara a los resultados ms susceptibles a presentar errores, adems la determinacin del punto triple de la naftalina la hicimos a condiciones de presin en Quito lo que varia este valor de 760 mmHg a 542 mmHg, siendo as el valor obtenido un valor aproximado.Como recomendacin para una mejor observacin del punto triple de la naftalina se recomienda colocar unas gotas de colorante y evitar mover el vaso de precipitacin para no alterar el proceso que est llevando la naftalina.

6. CONCLUSIONES6.1. Concluimos que el punto triple de una sustancia pura es un punto en donde los tres estados (solido, lquido y gas) coexisten en equilibrio y esto se demostr con la naftalina en donde fue muy fcil de observar as como tambin con el benceno.6.2. Concluimos que para observar el punto triple de una sustancia se necesita aplicar ciertas condiciones especiales como las que realizamos con el benceno obteniendo buenos resultados.6.3. Se concluy que el punto triple de una sustancia, aparece al someter a ciertas condiciones de presin, volumen y temperatura; por cada sustancia existe un punto y en este existe un equilibrio de las fases, fsicamente se observa como la existencia de lquido, gas y slido en el recipiente.6.4. Si decimos que el punto triple de una sustancia es el punto donde coexisten las tres fases (liquida, solida y gaseosa) entonces podemos decir que a la temperatura del punto triple, tanto la fase liquida como la slida tienen la misma presin de vapor. 6.5. Tras la realizacin de la experiencia, y construccin de los diagramas donde contamos con el punto triple podemos concluir que la naftalina sublimar a cualquier temperatura por debajo del punto triple (T=80,28) cuando la presin es menor que la presin de vapor de equilibrio.6.6. Tras observar los diagramas podemos concluir que un aumento de presin favorece la formacin de la fase ms densa, razn por la cual vemos una diferencia en la lnea que divide la fase slida-lquida entre el diagrama del agua y la de las dems sustancias ya que en la primera esta lnea es ms inclinada hacia la izquierda, al contrario que en las dems sustancias. Esto porque la densidad del agua es mayor que la del hielo.6.7. Tras la realizacin de la experiencia de determinacin del punto triple del benceno podemos concluir que las tres fases del mismo coexisten a las condiciones de T=6 C y P=272 mmHg.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 7.1. Citas bibliogrficas(1) http://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_fase(2) http://es.wikipedia.org/wiki/Regla_de_las_fases_de_Gibbs(3) http://www.uah.es/edejesus/resumenes/QG/Tema_8.pdf7.2. Bibliografa 7.2.1. http://es.wikipedia.org7.2.2. http://www.uah.es

8. ANEXOS 8.1. Diagrama del Equipo Punto Triple Naftalina. (Ver Anexo 1)8.2. Diagrama de Equipo Punto Triple del Benceno (Ver Anexo 2)

9. CUESTIONARIO 9.1. Enuncie brevemente las reglas empricas de Trouton, Guldberg, y Crafts.Reglas de Trouton.Trouton encontr quepara lquidos que no presentan asociaciones entre sus molculas, por ejemplo disolventes orgnicos no polares, tales como: acetona cloroformo hexano benceno, etc.la relacin entre la entalpa de vaporizacin y la temperatura normal de ebullicin, tiene un valor aproximado de 21 cal/molK. Como (DHv/Tb) es igual al cambio de entropa de vaporizacinDSv, se tiene: Ec. 9.1-1Los lquidos polares, tales como, el agua, el amonaco, el metanol, el etanol, etc, no siguen la Regla de Trouton.Reglas de GuldbergLey de Accin de Masas de Guldbergy WageaA+bBcC+dD Ec. 9.1-2Donde las maysculas representan las diversas sustancias (reactivos a la izquierda, productos a la derecha) que intervienen en la reaccin, y las minsculas representan las molecularidades o estequiometra de la reaccin (nmero de molculas de cada una de las sustancias que participan como reactivos o como productos).Regla de CraftsSe utiliza para calcular la variacin de la temperatura de ebullicin de una sustancia con variaciones en la presin del sistema:Ec. 9.1-3

9.2. La presin de vapor del NaF slido vara con la temperatura segn la ecuacin T esta en K

Y la presin de vapor del NaF lquido varas con la temperatura segn: T esta en K

78+10^-7

Determine:a) a 1000 K el NaF se sublima o se evapora?A 1000 K el NaF se Sublimab) El punto triple de esta sustancia y de que manera la respuesta a la pregunta a concuerda con la b? Punto Triple NaF: Ppt=2.29+10^-4 y Tpt=1239 KDefinitivamente se sublima a 1000 K debido a que la temperatura es menor.

9.3. Explique que es un estado alotrpico y si la ecuacin de clapeyron es aplicable a estos cambios de estadoEn qumica, se denomina alotropa a la propiedad que poseen determinados elementos qumicos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes, como el oxgeno, que puede presentarse como oxgeno atmosfrico (O2) y como ozono (O3), o con caractersticas fsicas distintas, como el fsforo, que se presenta como fsforo rojo y fsforo blanco (P4), o el carbono, que lo hace como grafito , diamante y fulereno. Para que a un elemento se le pueda denominar como altropo, sus diferentes estructuras moleculares deben presentarse en el mismo estado fsico.La explicacin de las diferencias que presentan en sus propiedades se ha encontrado en la disposicin de los tomos de carbono en el espacio. Por ejemplo, en los cristales de diamante, cada tomo de carbono est unido a cuatro tomos de carbono vecinos, adoptando una ordenacin en forma de tetraedro que le confiere una particular dureza.En el grafito, los tomos de carbono estn dispuestos en capas superpuestas y en cada capa ocupan los vrtices de hexgonos regulares imaginarios. De este modo, cada tomo est unido a tres de la misma capa con ms intensidad y a uno de la capa prxima en forma ms dbil. Esto explica porqu el grafito es blando y untuoso al tacto. La mina de grafito del lpiz forma el trazo porque, al desplazarse sobre el papel, se adhiere a ste una pequea capa de grafito.El diamante y el grafito, por ser dos sustancias simples diferentes, slidas, constituidas por tomos de carbono que reciben la denominacin de variedades alotrpicas del elemento carbono.

Si es aplicable la ecuacin de clapeyron debido a que los cambios de fase se caracterizan por una discontinuidad en las discontinuidades mencionadas tambin pueden conllevar a cambios de entropa y volumen molar. La diferencia en la entropa involucra un calor latente de transiciEl punto triple Coexiste en equilibrio las tres fases. Si existen fases alotrpicas, pueden ser dos slidas y una lquida o vapor. Segn la regla de las fases, es un punto fijo. En un ciclo, lo suficientemente cerrado a su alrededor, se cumple:

9.4. Explique los siguientes hechosa) Existen sustancias que no pueden encontrarse en estado lquido a presin atmosfrica (solo se subliman no licuan).

b) El cloro puede licuarse por compresin a temperatura ordinaria pero no el hidrogenoPorque la temperatura critica del cloro es mayor que la ordinaria, mientras que la del hidrogeno es menor.

c) El vapor de agua a 100C produce una quemadura mucho mas grave que el agua liquida a la misma temperaturaPorque ademas del calor que cede el agua hirviendo puede ceder el calor de vaporizacion.

9.5. La densidad del benceno slido es mayor que la del lquido. El punto de fusin del benceno a 20 atm es a) mayor que a 1 atm b) menor que a 1 atm c) igual que a 1 atm

El punto de fusin del benceno a 20 atm es mayor que 1 atm ya que el aumento de la presin debe favorecer el estado mas denso, que en este caso es el solido.

9.6. Lea los subtemas Los diamantes no son eternos y El diagrama de fases del CO2 y el llenado de matafuegos en las pginas 72 y 74 del documento subido al aula virtual (Pagina Interesante) y comente su criterio sobre la importancia del equilibrio entre fases en la ingeniera qumica.Las sustancias se distribuyen en las diferentes fases de una manera que lejos de ser aleatoria est muy bien definida. Adems, segn sean las condiciones de temperatura y presin cada sustancia preferir estar en una fase u otra, segn lo dicte su naturaleza qumica.Lo que hace tan importante estudiar, entender, cuantificar, y explicar con teoras el por qu las sustancias se comportan de esa manera, es que en ese comportamiento se halla el fundamento de esa tecnologa tan antigua, y que hoy por hoy resulta emblemtica para la ingeniera qumica: la destilacin.Se trata de una operacin unitaria queconsume aproximadamente el 3% de toda la energa consumida en todo el mundoCerca de un 90% de todas las operaciones de recuperacin y purificacin en la industria son destilaciones, lo cual convierte a la destilacin enuna de las operaciones unitarias ms estudiadas en toda la historia de la ingeniera qumica.NombreFechaUniversidad Central del EcuadorFacultad de Ingeniera QumicaLaboratorio Termodinmica I

DibujaGrupo 404/06/2013

RevisaPablo Londoo18/06/2013

Esc:PUNTO TRIPLE DE SUSTANCIAS PURASLam.1

8.1. Anexo 1

Figura 8.1-1Diagrama del Equipo Punto Triple Naftalina.

NombreFechaUniversidad Central del EcuadorFacultad de Ingeniera QumicaLaboratorio Termodinmica I

DibujaGrupo 404/06/2013

RevisaPablo Londoo18/06/2013

Esc:PUNTO TRIPLE DE SUSTANCIAS PURASLam.2

8.2. Anexo 1

Figura 8.2-1Diagrama de Equipo Punto Triple del Benceno

Pablo Londoo LarreaAyudante de Ctedra