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"Año del Diálogo y Reconciliación Nacional"

CURSO: *FISICO QUIMICA

TEMA: *PESO MOLECULAR DE UN GAS

PROFESOR: *ELMER ARENAS RIOS

ALUMNOS: *CORTEZ CASTILLO JESUS *CASTILLO RAMIREZ BRAYAM *CARREÑO LEON ARON *JIMMY GUTIÈRREZ RAMIREZ

Diagrama de fase En termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo.1 Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado. Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleación a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material está en fase líquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales están en estado sólido.

Diferentes Diagramas de Equilibrio

Estos son todos aquellos a los que los diagramas de equilibrio mas sencillos son los de presión-temperatura esta es una sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la presión y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presión y temperatura dadas, el cuerpo presenta una única fase excepto en las siguientes zonas: 

Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados sólido, líquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termómetros.

Dos metales (A, B) a temperaturas superiores a sus respectivos puntos de fusión (TA, TB) se encuentran en estado líquido pudiéndose disolver y conformar así una fase única líquida. Esto quiere decir que no podemos establecer diferencias de comportamiento u observación entre las distintas partes del líquido y que los metales en las proporciones mezcladas tienen la propiedad de miscibilidad. Si la mezcla líquida, XA + XB, la sometemos a un proceso de solidificación, mediante enfriamiento, llegamos a obtener el producto que se denomina aleación de los metales A y B. Es conocido que las aleaciones mejoran las características de los metales puros. Realmente debería decirse que introducen variables que diferencian el comportamiento de los metales puros que las componen, porque en algunas circunstancias pueden perjudicar sus propiedades. Obviamente, conformar una aleación es uno de los medios más primitivos que la ingeniería ha dispuesto para actuar sobre las propiedades de los metales puros, incluso históricamente la aleación es predecesora como lo justifica el bronce, Edad del bronce En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios, mientras que en termodinámica se emplean sobre todo los diagramas de fase de una sustancia.

Diagrama de fase de una sustancia pura Existen diferentes diagramas según los materiales sean totalmente solubles en estado sólido y líquido o sean miscibles a que sean insolubles. También pueden darse casos particulares. Uno de los diagramas de equilibrio más clásico es el de los aceros que tiene particularidades y donde afecta claramente la concentración y las diferentes cristalizaciones que puede darse en el hierro estando en estado sólido y a diferentes temperaturas. 

Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de fase entre:  Dos fases sólidas: Cambio alotrópico;  Entre una fase sólida y una fase líquida: fusión - solidificación;  Entre una fase sólida y una fase vapor (gas): sublimación - deposición (o sublimación inversa);  Entre una fase líquida y una fase vapor: vaporización - condensación (o licuefacción).

Es importante señalar que la curva que separa las fases vapor-líquido se detiene en un punto llamado punto critico (La densidad del líquido y vapor son iguales). Más allá de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrítico que tiene propiedades tanto de los líquidos como de los gases. Modificando la presión y temperatura en valores alrededor del punto crítico se producen reacciones que pueden tener interés industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener café descafeinado. Es preciso anotar que, en el diagrama P-T del agua, la línea que separa los estados líquido y sólido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presión el hielo se funde, y también que la fase sólida tiene menor densidad que la fase líquida.

Diagrama de fase Binario Cuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de fase puede ser más compleja. Un caso particular, el más sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentración, normalmente en masa. Hay punto y líneas en estos diagramas importantes para su caracterización:      

Sólido puro o solución sólida Mezcla de disoluciones sólidas (eutéctica, eutectoide, peritéctica, peritectoide) Mezcla sólido - líquido Únicamente líquido, ya sea mezcla de líquidos inmiscibles (emulsión)o un líquido completamente homogéneo. Mezcla líquido - gas Gas (lo consideraremos siempre homogéneo, trabajando con pocas variaciones da altitud).

En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:    



Línea de liquidus, por encima de la cual solo existen fases líquidas. Línea de solidus, por debajo de la cual solo existen fases sólidas. Línea eutéctica y eutectoide. Son líneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutécticas y eutectoides, respectivamente. Línea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolución sólida (α) de A y B deja de ser soluble para transformarse en dos disoluciones sólidas (α) + (β) de distinta composición en A y B. Concentraciones definidas, en las que tienen lugar transformaciones a temperatura constante:  Eutéctica  Eutectoide  Peritéctica  Peritectoide  Monotéctica  Monotectoide  Sintéctica  Catatéctica

Relación entre las propiedades y el diagrama de fase en una aleación

Una aleación de cobre-níquel es más resistente que el cobre puro o que el níquel puro debido al endurecimiento por solución sólida. La resistencia del cobre aumenta por endurecimiento por solución solida hasta que se agrega alrededor de 67% de Ni. El níquel puro es endurecido por una solución solida cuando se le incorpora hasta 33% de Cu. Se obtiene la resistencia máxima de una aleación de Cu-67%Ni, conocida como Monel. El máximo está más cerca del lado del níquel puro del diagrama de fases debido a que el níquel es más resistente que el cobre.

Diagrama PVT El diagrama PVT es la representación en el espacio tridimensional Presión - Volumen específico - Temperatura de los estados posibles de un compuesto químico. Estos estados configuran en el espacio PVT una superficie discontinua, debiéndose las discontinuidades a los cambios de estado que sufre el compuesto al variarse las condiciones de presión y temperatura, que son las variables que suelen adoptarse como independientes en los estudios y cálculos termodinámicos, principalmente por la relativa sencillez de su medida. Las superficies delimitan las zonas de existencia de la fase sólida, la fase líquida y la fase gaseosa. Nótese que para una fase dada P, V y T están relacionados por la ecuación de estado (tal como la ecuación de los gases perfectos o la ley de deformación elástica para los sólidos). Existe un cuarto parámetro, n, la cantidad de sustancia, responsable de que no existan zonas prohibidas en el diagrama variando simultáneamente P, V y T.

PROBLEMAS

(1) La composición química de una aleación de cobre y zinc se desconoce. Sin embargo se sabe que a la temperatura de 500º C se tiene 35 % de fase  mezclada con un porcentaje desconocido de fase . (a) ¿Qué porcentaje de fase  existe en la aleación? (b) Encuentre la composición química de la aleación.

(2)

En la figura se muestra el diagrama de fases plomo (Pb) estaño (Sn). Se desea fabricar 400 gramos de una aleación que a 183º C, contenga 20% de fase  y 80% de sólido eutéctico. ¿Cuántos gramos de estaño deben mezclarse con cuántos gramos de plomo para lograr esta aleación?

(3) ¿Cuántos gramos de metal A deberán agregarse a 500 gramos de metal B para producir una aleación que contenga 50% en peso de  a 900º C?





(4) Una aleación Pb-Sn contiene 25% de  y 75% de  a 100º C. Determine la composición de la aleación. ¿Es la aleación hipoeutéctica o hipereutéctica?

(5)

El diagrama de fases mostrado describe a una aleación estaño (Sn) - plomo (Pb). Se observa que a una temperatura de 183.1º C la aleación está compuesta por aproximadamente 32% de fase sólida . Determine el % de estaño de la aleación.

(6) Suponga que un baño de 1200 lb de una aleación de Cu-20% en peso de Ni se mantiene a 1300º C. ¿Cuántas libras de níquel pueden agregarse a este baño antes que se forme algún sólido? ¿Cuántas libras de Cobre deben agregarse para que todo el baño sea sólido?