Laboratorio 1 Sistema Binario.

8/18/2019 Laboratorio 1 Sistema Binario.

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[DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMABINARIO]

1. OBJETIVOS

Analizar y grafcar los termogramas tanto deenriamiento como de calentamiento del KCl

– H2O.• Aprender a construir el diagrama de ase deun sistema binario a partir de lostermogramas de enriamiento ycalentamiento de soluciones acuosas de KClde distintas composiciones.

• Reconocer las zonas del diagrama de aseobtenido.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Un diagrama de ase es una representacin gr!fca de las ases presentes

en un sistema a di"ersas temperaturas# presiones y composiciones. $n undiagrama de ase# se obser"a la temperatura en la %ue la sustancia cambiade una ase a otra. Una sustancia pura# como el agua# puede e&istir en laase slida# l'%uida y gaseosa dependiendo de las condiciones de presin ytemperatura e&istente en el sistema en el %ue se encuentre.

(a regla de ase de )ibbs no permite encontrar el grado de libertadnecesario para lograr mantener el e%uilibrio en un sistema# siempre ycuando se tengan dos "ariables termodin!micas independientes. $s normal%ue estas dos "ariables sean la presin y la temperatura. $sto se logra dela siguiente manera*

+ , C – - 2

/nde*+* )rados de libertad

C* 01mero de componentes

-* +ases presentes

(os sistemas %ue presentan dos componentes se conocen como sistemabinarios. (os sistemas binarios presentan tres "ariables independientes*

temperatura# presin y composicin. $l diagrama de ases de un sistemabinario suele caracterizarse por presentar las siguientes regiones*

• lido puro o disolucin slida.• 3ezcla de disoluciones slidas 4eut5ctica# eutectoide# perit5ctica#

peritectoide6.• 3ezcla slido – l'%uido.

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DIAGRAMA DE

FASES DEUN

SISTEMABINARIO

http://es.wikipedia.org/wiki/Soluci%C3%B3n_s%C3%B3lida

http://es.wikipedia.org/wiki/Soluci%C3%B3n_s%C3%B3lida




• =nicamente l'%uido# ya sea mezcla de l'%uidos inmiscibles4emulsin6o un l'%uido completamente >omog5neo.

• 3ezcla l'%uido – gas.• )as 4lo consideraremos siempre >omog5neo# traba?ando con pocas

"ariaciones de altitud6Un diagrama de ases muestra las ases y sus composiciones paracual%uier combinacin de temperatura y composicin de la solucin. $lob?eti"o es construir el diagrama de ases slido – l'%uido de un sistemabinario %ue presenta punto eut5ctico simple# mediante el an!lisis t5rmico.(a aleacin plomo – esta@o presenta un diagrama de ases de este tipo.

Un sistema binario es inuenciado por tres "ariables* temperatura# presiny composicin. $sta representacin tridimensional se simplifca si se f?a lapresin# generalmente igual a la atmos5rica. (a representacin de

temperatura Bs composicin para un sistema binario gen5rico A8 seindica en la +igura <.

Un sistema eut5ctico es a%uel en el cual los componentes presentan unacompleta solubilidad en el estado l'%uido# pero solubilidad slida limitada.Cuando una aleacin eut5ctica solidifca# los !tomos de los metalescomponentes se agregan para ormar regiones de los metales originalescasi puros. Considerando un sistema de dos componentes A y 8 a una

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determinada presin# un sistema con comportamiento eut5ctico simplepresenta las siguientes cuatro regiones*

• 3iscibilidad total en ase l'%uida 4l'%uido6.• 3iscibilidad parcial o inmiscibilidad total de ases slidas 4slido A

slido 86.• ('%uido slido A.• ('%uido slido 8.

(as cur"as de la +igura < indican el e%uilibrio termodin!mico de las asesin"olucradas. iendo $ el punto eut5ctico# las l'neas 8$ y A$ representanlas l'neas de l'%uidos# mientras %ue la l'nea >orizontal es la llamadaeut5ctica. $n el sistema se distinguen tres tipos de aleaciones* la aleacineut5ctica# defnida por el punto $# las aleaciones >ipoeut5cticas a laiz%uierda del punto $ y las >ipereut5cticas a la derec>a del punto $. $l

punto C se ubica dentro de la regin l'%uido slido 8 y representa ele%uilibrio entre la solucin l'%uida de composicin y el slido 8 puro. (astemperaturas de usin de las componentes puras 9A o 98 establecen latemperatura m!&ima del diagrama binario. (a temperatura eut5ctica seencuentra por deba?o de ellas. Aplicando la regla de las ases se determinalos grados de libertad de cada una de las regiones.

3. DATOS

27 (A8ORA9OR:O /$ +::CO;U:3:CA :: D




E <E 2E DE FE GE E IE JE

2E

<G

<E

G

E

G

<E

<G

2E

2G

DE

TERMOGRAMA DE CALENTAMIENTO

TIEMPO (30s)

TMPERATURA (!C)

TERMOGRAMAS

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E G <E <G 2E 2G DE

<

<F

<2

<E

J

F

2E

2

TERMOGRAMA DE ENFRIAMIENTO

TIEMPO (30S)

TEMPERATURA (!C)

DATOS OBTENIDOS PARA EL TERMOGRAMA DE ENFRIAMIENTO

tiempo(30s) temperatura (°C) tiempo(30s) temperatura(°C)

< 2D 2E D2 2< 2< DD <J 22 F

F << 2D FG 2F F I 2G FI 2 FJ G 2I G F 2J G<E D 2 G<< D DE G<2 < D< G.G<D < D2 G.G<F < DD

<G E.G DF < < DG .G<I < D I<J 2 DI I< 2 DJ I.G

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D J GJ <E.GFE J G <E.GF< J E <<

F2 J.G < <<FD J.G 2 <<FF J.G D <<FG F <<F G <<FI <<.GFJ I <2F .G "# $12.%GE .G "& $12.%G< <E '0 $13

G2 <E '1 $13.%GD <E '2 $13.%GF <E '3 $1GG <E ' $1.%G <E '% $1.%GI <E.G '" $1%

*nota: del cuadro los datos que están so!reados "ueron

toados en #nter$alos de %#n &'(s) no coo uestra la cuadra

de cada +(s,

DATOS OBTENIDOS PARA EL TERMOGRAMA DE CALENTAMIENTO


1 $1% <D F2 $12 <F D.G3 $10 <G D.G $# < D% $" <I 2.G" $% <J 2.GI G < 2J G 2E 2 G 2< 2

<E G 22 E.G<< F.G 2D E.G<2 F 2F <

*nota: los datos que están so!reados son en #nter$alos de %#n

no coo uestra el cuadro cada +(s,

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DATOS BIBLIOGRAFICOS

e considera los datos obtenidos de la bibliogra'a para las condiciones

%ue se tu"ieron en el laboratorio*

TEMPERATURA DE TRABAJO (!C) 20.0!CPRESION DE TRABAJO EN ELLABORATORIO

IE.E mmHg

COMPUEST0 DENSIDAD MASA MOLAR*20 E.J gLm( <J gLmol

SAL TEMPERATURAEUT+CTICA

PORCENTAJE ENMASA DE LA SAL ENEL EUT+CTICO

C,-/- -s4-(5C,)

<<.<7C <.IGM

. C6CULOS

Hay %ue >allar el porcenta?e en masa de cada componente.

VolumendeH 2O=5

mL

/ensidad del agua a 2E7C* 0.998 g

mL

$ntonces*

Masa H 2O=V ×ρ

Masa H 2O=5mL×0.998

g

mL

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-ara el KCl *

3asa* 0.4 g

$ntonces el porcenta?e en masa de cada componente ser!*

%Masa H 2O=

Masa H 2O

Masa H 2O+ Masa KCl

×100=4.990g

0.4 g+4.990g×100=92.57

%Masa KCl= Masa KCl

Masa H 2O+ Masa KCl

×100=0.4 g

1g+4.9866 g×100=7.42

$ntonces este procedimiento para >allar los porcenta?es de cadacomponente se "a a repetir y fnalmente obtendremos siguiente tabla decada grupo %ue traba?o en la pr!ctica de laboratorio*

A

GRUPO 01 02 03

X H 2O 0.9257

X KCl 0.742

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%. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

-ara la muestra traba?ada con la concentracin de I.F2M en masaen el termograma de enriamiento se obser" los primeroscristales a la temperatura de 7C y se cristaliz por completo alos <2.G7C apro&imadamente.

-ara el termograma de calentamiento se obser" la primera gotade l'%uido a los <E7C y se diluy por completo en E.G7C#%uedando puramente solucin li%uida.

$n ambos termogramas el punto de e%uilibrio li%uidosolido se daa los 7C apro&imadamente. in embargo no se logr presenciarcorrectamente dic>o suceso ya %ue tras retirar el "ial del sistemade enriado# se pudo obser"ar %ue la mezcla de KCl presenta dosases# donde la ase slida apenas era "isible# sin embargo alagitar con el termmetro# la parte l'%uida se "a solidifcando# lo%ue se debe a %ue el l'%uido se encontraba sobreenriado.

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$n el enriamiento# es muy probable %ue la mezcla se >ayacongelado en NC. Cuando se >ace el calentamiento# >ubomuestras %ue llegan r!pidamente a undirse# en el caso denuestra muestra tard un poco# lo %ue se debe a las dierentes

concentraciones con las %ue se traba?. (as mezclas %ue tu"ieronmayor porcenta?e en peso de KCl tardaron en calentarse# tanto esas' %ue se calentaron esos sistemas en un ba@o mar'a.

Como la concentracin del eut5ctico es menor %ue la del punto dee%uilibrio# los cristales %ue se obtu"ieron en la ase solida soncristales de agua# ocurrir'a lo contrario si la concentracin ueremayor# pues los cristales serian de la sal 4cloruro de potasio6.

". CONCLUSIONES

(a gr!fca de las cur"as de enriamiento estar!n me?or defnidas#si es %ue se toma los datos al momento de enriar.

$n un termograma es posible identifcar la temperatura deleut5ctico# ya %ue dic>a temperatura se mantiene constantedurante un periodo de tiempo prolongado.

$&perimentalmente se demuestra %ue en el diagrama de ases delsistema KCl – H2O la temperatura disminuye a medida %ueaumenta la concentracin >asta la temperatura eut5ctica partir deeste punto la temperatura aumentar! a medida %ue aumente la

concentracin.

(a temperatura eut5ctica es f?a para un sistema binario el cual%ueda e"idenciado con el >ec>o de %ue e&iste una temperatura%ue es la eut5ctica en la cual act1an las dierentes ases delsistema.

e confrm %ue la temperatura eut5ctica a la cual ambassustancias del sistema se solidifcan es menor %ue la de ambassustancias en su estado puro.

$l punto eut5ctico es la m!&ima temperatura a la %ue puedeproducirse la mayor cristalizacin del sol"ente y soluto.

(a temperatura del punto eut5ctico para esta solucin est! pordeba?o de los E7C# lo %ue se debe a la adicin de 0aCl en el agua>ace %ue la temperatura de solidifcacin disminuya.

'. REFERENCIAS

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)ilbert . Castellan. P+isico%u'micaQ. $ditorial* Addisonesley:beroamericana# segunda edicin en espa@ol# ilmington# <JI#-aginas* DGJ – DG – DE.

:ra 0. (e"ine. P+isico%u'micaQ. $ditorial* 3c )ra Hill# %uintaedicin# Bolumen <# 3adrid# 2EEF# -aginas* FGI – FGJ – FG – FG.

27 (A8ORA9OR:O /$ +::CO;U:3:CA :: <<

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