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DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA BINARIO

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INDICE

1. Objetivos……………………………………………………………………………………………………….. 32. Fundamento Teórico……………………………………………………………………………………… 33. Datos……………………………………………………………………………………………………………. 4 3.1. Datos Experimentales………………………………………………………………………….. 5 3.2. Datos Bibliográficos…………………………………………………………………………….. 64. Tratamientos de Datos……………………………………………………………………………………75. Discusión de Resultados ……………………………………………………………………………….. 106. Conclusiones……………………………………………………………………………………………….... 107. Recomendaciones…………………………………………………………………………………………. 108. Bibliografía………………………………………………………………………………………………….... 1

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DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA BINARIO1. OBJETIVOS:Analizar y graficar los termo gramas tanto de enfriamiento como de calentamiento KCl-H2O Graficar el diagrama de fases posteriormente reconocer los puntos, líneas y zonas relevantes de dicho diagrama.2. FUNDAMENTO TEORICO:

EQUILIBRIO SOLIDO – LIQUIDO EN SISTEMAS DE DOS COMPONENTES

El efecto de la presión sobre los sólidos y los líquidos es pequeño, y a menos que se esté interesado en fenómenos que ocurran a presiones elevadas, se mantiene P constante a 1 atm y se estudia el diagrama de fases sólido-líquido T vs XA

Para un sistema de dos componentes, los grados de libertad son:

F=2−P+2=4−P

Es decir si el sistema consta de una fase, hace falta 3 variables para describirlo o solo se tiene que variar 3 condiciones para alcanzar una condición de equilibrio. En este caso hemos trabajado a una presión constante, por lo que solo se tendrá que especificar dos condiciones más para poder explicar el sistema; estas serán las concentraciones de dos componentes.

MISCIBILIDAD EN FASE LIQUIDA E INMISCIBILIDAD EN FASE SOLIDA

Cuando un sistema se enfría sin que se produzca ninguna transformación, la curva de enfriamiento muestra como la temperatura cae prácticamente con velocidad constante. La aparición de cristales en el paso de una modificación cristalina a otra, se acompaña de un desprendimiento de calor, a consecuencia de lo cual, la caída de temperatura se hace más lenta o se corta temporalmente

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Por lo tanto cualquier inflexión en la curva de enfriamiento indica el comienzo de cierta transformación Sean A y B dos sustancias miscibles en todas proporciones en la fase líquida y completamente inmiscibles en fase sólida. La mezcla de cantidades arbitrarias de los líquidos A y B origina un sistema monofásico que es una disolución de A y B. Como los sólidos A y B son completamente insolubles entre sí, el enfriamiento de la disolución líquida de A y B ocasiona que A o B se congelen, abandonando la disolución.Una forma común de este tipo de diagramas es, donde TA* y TB* son los puntos de congelación de A puro y B puro, el siguienteEn el límite de baja temperatura, existe una mezcla bifásica del sólido puro A y el sólido puro B, ya que los sólidos son inmiscibles. En el límite de temperatura elevada existe una única fase formada por la disolución líquida de A y B, ya que los líquidos son miscibles. Viendo el enfriamiento de una disolución de A y B cuya concentración X’A

sea cercana a 1 (lado derecho del diagrama). Se alcanza una temperatura a la que el disolvente A comienza a congelarse, originando una región de dos fases con A sólido en equilibrio con una disolución líquida de A y B. La curva DE da el descenso del punto de congelación de A por la presencia del soluto B. Similarmente, si se enfría una disolución líquida con X’B cercano a 1 (lado izquierdo del diagrama) provocará que la sustancia B pura se congele, por lo que CFGE es la curva de descenso del punto de congelación de B por el soluto A. Si se enfría una muestra bifásica formada por la disolución y cualquiera de los sólidos, la disolución se congelará completamente originando una mezcla de sólido A y sólido B. Las dos curvas del punto de congelación se interceptan en el punto E. Para una disolución con X’A a la izquierda de E, se congelará el sólido B cuando T disminuye; si X’A está a la derecha de E, será el sólido A el que se congele.

El punto E es el punto eutéctico (“que funde con facilidad”). Para los valores T y X’A

correspondientes al punto E, los potenciales químicos de A y B en la disolución son iguales a los de A y B puros, y tanto A como B se congelan cuando se enfría una disolución con la composición eutéctica XA’’’.

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Para conseguir una idea aproximada de la forma de las curvas DE y CE, se desprecia la dependencia de la temperatura de H Δ fus, A y HΔ fus, B. Las ecuaciones que incluyen aproximaciones para las curvas DE y CE, son :

3. DATOS: 3.1. DATOS EXPERIMENTALES: Grupo 5 6 7 8 9

Agua (H 2O) ml 5 5 5 5 5

Cloruro de

Potasio (KCl) g

0.4 0.7 1.1 1.3 1,4

Ti (Solido) -10 -2 - - -13

Ti (Solidificacion) -13.8 -11 -10 -11 -11

Ti (Liquido) -10 -10.5 -10 -10.5 -10.5

Ti (Fusion)

-0.5 -1.5 3 13 13.5

3.2. DATO BIBLIOGRAFICOS:

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Table 1 Datos Experimentales


4.-TRATAMIENTO DE DATOS: Hay que hallar el porcentaje en masa de cada componente.

Volumende H 2O=5mL

Densidad del agua a 20°C: 0.998gmL

Entonces:

MasaH 2O=V × ρ

MasaH 2O=5mL×0.998 g

mL

Para el KCl:

Masa: 0.7 g

Entonces el porcentaje en masa de cada componente será:

%MasaH 2O=

MasaH 2O

MasaH 2O+MasaKCl

×100%= 4.990 g0.7 g+4.990g

×100%=87.7%

%MasaKCl=MasaKCl

MasaH2O+MasaKCl×100%= 0.7 g

1g+4.9866 g×100%=12.3 %

Entonces este procedimiento para hallar los porcentajes de cada componente se va a repetir y finalmente obtendremos la tabla 2:

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Table 2 Conditions de laboratorio

Table 3 Conditions de laboratorio

Tabla 4 Temperatura eutéctica sistema hielo - sal

Sal Temperatura eutéctica

Porcentaje en masa de la sal en el eutéctico

Cloruro de potasio (KCl) 10.7 °C 19.7 %


Grupo 5 6 7 8 9

X H 2O92.58 87.7 81.9 79.3 78.1

X KCl 7.42 12.3 18.1 20.7 21.9

5. DISCU SIÓN DE RESULTADOS Según los datos obtenidos, la temperatura a la que aparece el primer cristal es -2°C, lo cual consideramos un error mínimo, ya que el punto en que aparece el primer cristal es menor a cero grados hasta que aparezca el eutéctico, pero para los otros datos podemos considerar los datos el cual todo el sólido se funde a la misma temperatura de la aparición del cristal.

Por otro lado, al hacer los cálculos con fracciones molares, no se tendrá una grafica bien definida. Por lo que hicimos nuestros cálculos con porcentajes en masa y así se tendrá un mayor rango en las composiciones.

La grafica construida de temperatura vs tiempo, pero en calentamiento. Debería de tener el mismo comportamiento que se obtuvo al enfriar. Pero esto no se obtuvo ya que el proceso de calentamiento es más rápido que el enfriamiento.

6. CONCLUSIONES:Se logro obtener el diagrama del sistema binario.

Es mejor hacer los cálculos con el porcentaje en masa, de cada componente.

La grafica de las curvas de enfriamiento estarán mejor definidas, si es que se toma los datos al momento de enfriar.

8. BIBLIOGRAFIA:Gilbert W. Castellan. “Fisicoquímica”. Editorial : Addison-Wesley Iberoamericana, segunda edición en español, Wilmington, 1987, Paginas: 358 – 359 – 360.

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Tabla 5 Porcentaje en masa de la mezcla binaria, en cada grupo.


Ira N. Levine. “Fisicoquímica”. Editorial: Mc Graw Hill, quinta edición, Volumen 1, Madrid, 2004, Paginas: 457 – 458 – 459 – 465.Perry R., Biblioteca del Ingeniero Químico, Atlacomulco, Mc Graw Hill, segunda edición, volumen 1, 1986, paginas: sección 3-98.

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