Punto triple

1. Objetivos
2. Introducción
   teórica
3. Ley de la fases de
   Gibbs
4. Desarrollo
   experimental
6. Conclusiones
7. Bibliografía

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.

Datos del segundo
experimento.

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,
  la evaporación de benceno se le llaman cambios en estado
  de agregación o cambios de fase. Entonces podemos
  deducir que "un sistema con una sola fase es un sistema
  homogéneo. Un sistema con mas de una fase es un sistema
  heterogéneo".
• GRADOS DE LIBERTAD: Es el numero mínimo
  de variables
  independientes (tales como la presión, temperatura y
  concentración) que deben especificarse a fin de definir
  completamente las restantes del sistema ó bien el
  número de variables de estado intensivo que se pueden
  variar independientemente.
• Enunciar la regla de fases de Gibbs.

J. Willard Gibbs en 1876 estableció por primera
vez que haya relación fija entre el numero de grados de
libertad, de componentes y de fases presentes. La ley que
estableció conocida como la regla de fases es un principio
general, y su validez no depende de su constitución atómica o molecular.
Para formular esta regla, consideramos un sistema C en el que
existen F fases presentes. Cuando existen F fases dispondremos de
F-1 ecuación para cada constituyente y para C
constituyentes habrá C (F-1) ecuaciones. Si
este numero es igual al numero de variables, el sistema queda
completamente definido, sin embargo el numero de variables
excederá al de ecuaciones en F donde:

• L = al numero de variables – numero de
  ecuaciones
• L = [ P (C-1) + 2 ] – [ C ( P-1) ]

L = C – F +2

La ecuación nos indica los grados de
libertad.

Donde:

C = numero de componentes.

F = fases del sistema.

L = grados de libertad del sistema.

2 = variables intensivas.

• Determinar los Grados de Libertad en:

1. La zona de vapor. De acuerdo a la grafica que tenemos
   obtenemos lo siguiente.

L = C – F +2 C = numero de componentes
1

F = fases del sistema 1

L = 1-1+2

L = 2

1. La curva del liquido-vapor. De acuerdo a la grafica
   que tenemos obtenemos lo siguiente.

L = C – F +2 C = numero de componentes
1

F = fases del sistema 2

L = 1-2+2

L = 1

1. El puno Triple. De acuerdo a la grafica que tenemos
   obtenemos lo siguiente.

L = C – F +2 C = numero de componentes
1

F = fases del sistema 3

L = 1-3+2

L = 0

• Investigar en la literatura, la presión y la
  temperatura del punto triple del Benceno y compararlo con
  respecto al experimental.

Obtuvimos los siguientes datos teóricos delo
valor del
Punto Triple del Benceno.

PBENCENO = 3,8 cmHg = 38 mmHg

TBENCENO = 5,5 °C = 5,5 °C +
273 = 278,5 °K

Datos del segundo
experimento.

Al hacer las comparaciones se puede corroborar que los
resultados obtenidos dentro del laboratorio
fueron, podemos decir exitosos, ya que la variación entre
cada una de las variables de Presión y
Temperatura del Benceno, fue mínima; cabe
señalar que si logramos observar el Punto Triple
Crítico del benceno por los resultados que
obtuvimos.

En este punto no se nos pide que calculemos el error
relativo, en este caso, de las dos variables Presión y
Temperatura, pero lo podemos hacer para visualizar de una manera
porcentual, es decir de que tamaño fue nuestro error,
entonces tenemos:

• Valor teórico de Presión = 38
  mmHg.
• Valor teórico de Temperatura = 278,5
  °K.
• Valor Experimental de Presión = 30 mmHg
  (Experimento # 1)
• Valor Experimental de Temperatura = 279 °K.
  (Experimento # 1)
• Valor Experimental de Presión = 27 mmHg
  (Experimento # 2)
• Valor Experimental de Temperatura = 278 °K.
  (Experimento # 2)

Para el error relativo para la Presión del
experimento que realizamos la primer vez tenemos lo
siguiente:

Para el error relativo para la Temperatura del
experimento que realizamos la primer vez tenemos lo
siguiente:

Para el error relativo para la Presión del
experimento que realizamos la segunda vez tenemos lo
siguiente:

Para el error relativo para la
Temperatura del experimento que realizamos la segunda vez
tenemos lo siguiente:

Cabe señalar que este punto que realice fue por
ver desde otro punto de vista el experimento que
realice.

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

Como ya sabemos, que el punto triple de algún
liquido, en este caso agua, se cumple cuando existen las tres
fases del mismo, es decir liquido-sólido-vapor; dado que
el sistema se puso previamente en vacío enhenemos los
siguientes datos.

• Temperatura = 0.0099°C = 273.0099
  °K
• Presión = 4.58 mmHg

Donde esta temperatura se conoce como el punto triple
para el agua, se puede ver que la temperatura
prácticamente es 0 en grados °C.

CONCLUSIONES:

A través de este experimento, pudimos corroborar
las cualidades del benceno, en cuanto a las fases, que este
tiene, ya que el objetivo de
encontrar el punto triple del Benceno lo logramos establecer o
bien encontrar. Cabe señalar que los líquidos
tienen características propias las cuales los hacen
diferentes de los demás, es el caso del benceno al ver sus
valores para el punto triple y de acuerdo con el agua los valores
son diferentes, además cuando vi el punto triple
parecería ser imposible que se lleve a cabo este
fenómeno que un líquido este en equilibrio o bien
que este en los tres estados de un liquido, es decir
líquido-vapor-sólido.

BIBLIOGRAFÍA.

http://elprisma.com/quimica-gen%&!//

FUNDAMENTOS DE FISICOQUÍMICA, ED. LIMUSA, AUTOR:
SAMUEL H. MARON; PÁG. 68,158,176.

Aarón Hernández