El documento presenta información sobre diagramas de fases para sistemas binarios y ternarios. Explica conceptos clave como fase, componente, solubilidad y dilución. Describe el marco teórico de los diagramas de fases incluyendo la regla de las fases de Gibbs y cómo se construyen y analizan diagramas de fases binarios y ternarios. Finalmente, detalla los materiales, procedimientos y cálculos para construir diagramas de fases experimentales para un sistema binario de fenol-agua y uno ternario de cloroformo-á

1. 2010
DIAGRAMAS DE FASES
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
INGENERIA INDUSTRIAL
LABORATORIO FISICOQUIMICA
Estudiante: Pereira Gonzales Daniela
Docente: Ing.Bernardo López
Auxiliar: Armin hoffmann Vignaud

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FASES
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DIAGRAMA DE FASES
1.- OBJETIVO GENERAL:
 Estudiar de manera experimental y teórica el comportamiento de un sistema binario
y ternario de líquidos completamente miscibles (fenol-agua) en distintas
concentraciones y el ajuste de la curva de coexistencia.
2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS:
 Construir el diagrama de fases para un sistema ternario: Cloroformo, ácido acético
y agua.
 Construir el diagrama de la curva de la temperatura de turbidez en función a la
fracción molar en un sistema Binario: Fenol y Agua.
3. MARCO TEÓRICO:
Introducción a los diagrama de fases
Fase es toda porción de un sistema con la misma estructura o arreglo atómico, con
aproximadamente la misma composición y propiedades en todo el material que la
constituye y con una interfase definida con toda otra fase vecina. Puede tener uno ó varios
componentes. Debe diferenciarse del concepto de componente, que se refiere al tipo de
material que puede distinguirse de otro por su naturaleza de sustancia química diferente.
Por ejemplo, una solución es un sistema homogéneo (una sola fase) pero sin embargo está
constituida por al menos dos componentes. Por otro lado, una sustancia pura (un solo
componente) puede aparecer en dos de sus estados físicos en determinadas condiciones y
así identificarse dos fases con diferente organización atómica y propiedades cada una y con
una clara superficie de separación entre ellas (interfase). Los equilibrios entre fases pueden
corresponder a los más variados tipos de sistemas heterogéneos: un líquido en equilibrio
con su vapor, una solución saturada en equilibrio con el soluto en exceso, dos líquidos
parcialmente solubles el uno en el otro, dos sólidos totalmente solubles en equilibrio con su
fase fundida, dos sólidos parcialmente solubles en equilibrio con un compuesto formado
entre ellos, etc. El objetivo es describir completamente el sistema.
El comportamiento de estos sistemas en equilibrio se estudia por medio de gráficos que se
conocen como diagramas de fase
Diagramas de fase: se obtienen graficando en función de variables como presión,
temperatura y composición y el sistema en equilibrio queda definido para cada punto (los
gráficos de cambio de estado físico ó de presión de vapor de una solución de dos líquidos
son ejemplos de diagramas de fases).

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Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo
condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).
2.- Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento (o
compuesto) en otro.
3.- Determinar la temperatura en la cual una aleación enfriada bajo condiciones de
equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación.
4.- Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases.
Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de fase en sistemas multicomponentes
tienen aplicaciones importantes en química, geología y ciencia de los materiales. La ciencia
de materiales estudia la estructura, propiedades y aplicaciones de los materiales científicos
y tecnológicos.
La mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según condiciones de equilibrio
(condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas por ingenieros y científicos para
entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de materiales.
A partir de los diagramas de fase se puede obtener información como:
1.-
SOLUBILIDAD
La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse
en otra. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto;
en algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar, denominándose a estas
soluciones sobresaturadas. El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta
clase de soluciones es calentar la muestra.
La sustancia que se disuelve se denomina soluto y la sustancia donde se disuelve el soluto
se llama solvente. No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente, por ejemplo
en el agua, se disuelve el alcohol y la sal. El aceite y la gasolina no se disuelven. En la
solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este
carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un
grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico.
El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de
disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La
solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como
de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el
valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y
las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es
agua, hidratación.
DILUCION
La dilución es la reducción de la concentración de una sustancia química. La
concentración de una disolución es la proporción o relación que hay entre la cantidad de
soluto y la cantidad de disolvente, donde el soluto es la sustancia que se disuelve, el

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disolvente la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de la mezcla
homogénea de las dos anteriores.
Regla de las fases de Gibbs.- Los llamados “Diagramas de Fase” representan
esencialmente una expresión gráfica de la “Regla de las Fases”, la cual permite calcular el
número de fases que pueden coexistir en equilibrio en cualquier sistema, y su expresión
matemática está dada por:
P + F = C + 2
Donde:
C = número de componentes del sistema
P = número de fases presentes en el equilibrio
F = número de grados de libertad del sistema (variables: presión, temperatura,
composición).
En 1875 J. Willaid Gibbs relacionó tres variables: fases (P), componentes(C), y grados de
libertas o varianza (F) para sistemas multicomponentes en equilibrio. El número de grados
de libertad se determina por la regla de las fases, si y solo si el equilibrio entre las fases no
está influenciado por la gravedad, fuerzas eléctricas o magnéticas y solo se afecta por la
temperatura, presión y concentración. El número dos en la regla corresponde a las variables
de temperatura T y presión P.
Grado de libertad (o varianza): es el número de variables intensivas que pueden ser
alteradas independientemente y arbitrariamente sin provocar la desaparición o formación de
una nueva fase. Variables intensivas son aquellas independientes de la masa: presión,
temperatura y composición. También se define con el número de factores variables.
F = 0 indica invariante
F = 1 univariante
F = 2 bivariante
La regla de las fases se aplica sólo a estados de equilibrios de un sistema y requiere:
1.- Equilibrio homogéneo en cada fase.
2.- Equilibrio heterogéneo entre las fases coexistentes.
Ejemplo: (1 componente)

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* Para el punto de triple coexistencia (C en diagrama):
3 + F = 1 + 2
F =0 (cero grados de libertad)
Como ninguna de las variables (presión, temperatura o composición) se puede cambiar
manteniendo las tres fases de coexistencia, el punto triple es un punto invariante.
* Un punto de la curva de congelación sólido-líquido (B):
2 + F = 1 + 2
F=1 (un grado de libertad)
Una variable (T o P) se puede cambiar manteniendo aún un sistema con dos fases que
coexisten.
Si se especifica una presión determinada, sólo hay una temperatura en la que las fases
sólida y líquida coexisten.
* Un punto dentro de la zona de fase única (A):
1 + F = 1 + 2
F=2 (dos grados de libertad)
Dos variables (T o P) se pueden cambiar independientemente y el sistema permanece con
una única fase.
Diagrama de Fase Binaria o de 2 componentes.- Al existir dos componentes en el
sistema en consideración la regla de las fases queda:
F + P = 4
Luego, para representar gráficamente el campo de estabilidad de una región homogénea
(monofásica) se requieren 3 variables, lo que hace necesario el sistema en un diagrama
tridimensional.

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Por lo tanto, 1 fase: bivariante (F=2)
2 fases: univariante (F=1)
3 fases: invariante (F=0)
Por conveniencia se suelen mantener P o T constantes y se representa gráficamente un
sistema de fases bidimensionales, que es un corte transversal de la representación
tridimensional.
Cuando se mantiene la P constante (1atm.), la forma más común del diagrama de fases
líquido-líquido de T frente a xA para dos líquidos parcialmente miscibles A y B, es como el
que se ve en la siguiente figura:
fig.: diagrama de fases líquido-líquido de temperatura frente a composición para dos
líquidos parcialmente miscibles.
DIAGRAMAS DE FASE DE 3 COMPONENTES O TERNARIO.- En este tipo de
sistemas se tienen 4 variables independientes: presión, temperatura y dos concentraciones.
En materiales cerámicos, dada la naturaleza y estabilidad de los compuestos con que
habitualmente se trabaja, es posible debido a sus bajas presiones de vapor, despreciar el
efecto de la presión en el estudio de diagramas de equilibrio de fases, de tal forma que la
relación que da cuenta del fenómeno queda:
P + F = C + 1 (sistemas condensados)
Donde: 4 fases: invariante (F=0)
3 fases: univariante (F=1)
2 fases: bivariante (F=2)
1 fase = trivariante (F=3)

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4.- MATERIALES:
 Tubos de Ensayo
 Hornilla electrica
 Vaso de precipitado
 Bureta
 Pipetas
 Balanza analítica
 Soporte Universal
 Termómetro
Reactivos:
- Sistema Binario:
 Fenol
 Agua destilada
- Sistema Ternario:
 Agua destilada
 Cloroformo
 Ácido acético
5. ESQUEMA DE TRABAJO:
Figura 1: Montaje experimental de un tubo de ensayo en calentamiento. (Sistema Binario) y
algunos complementos.
6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
 Desarrollo experimental para el sistema Binario:

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 Desarrollo experimental para el sistema Ternario:
En los tubos de ensayo introducir 0.2 g de fenol.
Seguidamente añadir agua en cantidades que van de
0.5 hasta 1.5 ml respectivamente.
Luego en un baño María leer la temperatura respectivamente de
cada uno de los tubos de ensayo para la claridad.
Dejarlo enfriar y leer la temperatura de turbidez.
Finalmente con los datos obtenidos desarrollar los cálculos
respectos.
En los tubos de ensayo introducir cloroformo en cantidades que van de
0.20 hasta 1.2 ml respectivamente.
Seguidamente añadir acido acético en cantidades que van
de 1.2 hasta 0.20 gr respectivamente.
A cada uno de los tubos de ensayo introducir agua
respectivamente por medio de una bureta hasta que presente
una turbidez.
Agitar el tubo hasta que se note el cambio de fases.
Anotar el volumen introducido de la bureta en los tubos de
ensayo respectivamente.
Con los datos obtenidos realizar los cálculos correspondientes.

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7. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS:
 Cálculos para el sistema Binario:
Datos usados:
]
/
[
18
)
(
]
/
[
94
)
(
]
/
[
1
)
(
2
2
l
g
O
H
M
l
g
fenol
M
mL
g
O
H
V
m







Tabla 1
Datos de las masas de fenol y agua y las temperaturas de Claridez y Turbidez
Nº
m fenol
[gr] VH20[ml]
nagua
nfenol
T claridaz
[ºC]
T turbidez
[ºC]
1 0.20 0.5 0.028 0.002 64 64
2 0.20 0.7 0.039 0.002 64 62
3 0.20 0.9 0.05 0.002 - -
4 0.20 1.1 0.061 0.002 46 40
5 0.20 1.3 0.072 0.002 - -
6 0.20 1.5 0.083 0.002 41 -
Fuente: Elaboración Propia
A partir de la ecuación (1) se construirá la tabla 2:
(1)
Tabla 2
Fracciones parciales del fenol y agua en la mezcla
Nº x fenol x agua = 1- x fenol
1 0.067 0.933
2 0.049 0.951
fenol
agua
agua
fenol
agua
fenol
fenol
M
m
M
m
M
m
x






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3 0.038 0.962
4 0.032 0.968
5 0.027 0.973
6 0.024 0.976
Fuente: Elaboración Propia
La grafica del sistema binario se realizó en papel milimetrado, esta en la última hoja.
 Cálculos para el sistema ternario:
]
/
[
05
.
1
)
(
]
/
[
2
.
1
)
(
]
/
[
1
)
(
3
3
2
mL
g
COOH
CH
mL
g
CHCl
mL
g
O
H
V
m









Tabla 3
Datos de los volúmenes y las masas de Cloroformo, Acido Acético y Agua
Nº VCHCl3[mL] Vacido[mL] VH2O[mL] nCHCl3[mol] nacido[mol] nH2O[mol]
1 0.2 1.2 1.5 0.002 0.021 0.083
2 0.4 1.0 1.1 0.004 0.018 0.061
3 0.6 0.8 1.4 0.006 0.014 0.078
4 0.8 0.6 1.1 0.008 0.011 0.061
5 1.0 0.4 1.1 0.01 0.007 0.061
6 1.2 0.2 2.5 0.02 0.004 0.139
Fuente: Elaboración Propia
A partir de la ecuación (2) se construirá la tabla 4:
(2)
Tabla 4
Fracciones parciales del Cloroformo, Acido Acético y Agua en la mezcla
Nº x Agua x Acido x Cloroformo
1 0.7830 0.1981 0.0189
2 0.7349 0.2169 0.0482
k
k
j
j
i
i
i
i
i
M
m
M
m
M
m
M
m
x




11. Laboratorio de FisicoquímicaDIAGRAMAS DE
FASES
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3 0.7959 0.1429 0.0612
4 0.7625 0.1375 0.1000
5 0.7821 0.090 0.1282
6 0.8528 0.0245 0.1227
Fuente: Elaboración Propia
La grafica del sistema ternario se realizó en papel milimetrado.
8. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES:
• Con los datos obtenidos logramos construir las graficas que se requerían, tanto del sistema
binario como del ternario; y ambas graficas se aproximan a una curva o parábolas.
• Se debe tener mucha precisión al ingresar las cantidades del agua al igual que de los
ácidos, para así poder obtener una grafica más correcta.
Nota: Tener mucho cuidado con el uso del fenol, ya que sus efectos de éste compuesto son
muy peligrosos para nuestra salud.
9. BIBLIOGRAFIA:
• QUIMICA FISICA de José Antonio Corrales Z. Ed. AGUILAR………Pag. 179,187
Bogotá.
Paginas de internet
 http://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidad
http://cipres.cec.uchile.cl/~cdolz/
http://cuhwww.upr.clu.edu/%7Einieves/w_DIGRAMA-manual2.htm
http://www.unlu.edu.ar/~qui10192/qii06.pdf
10. CUESTIONARIO:
1.- Responda a las siguientes preguntas:
a) ¿Qué son los grados de libertad?
R.- Grado de libertad (o varianza): es el número de variables intensivas que pueden ser
alteradas independientemente y arbitrariamente sin provocar la desaparición o formación de
una nueva fase. Variables intensivas son aquellas independientes de la masa: presión,
temperatura y composición. También se define con el número de factores variables.

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F = 0 indica invariante
F = 1 univariante
F = 2 bivariante
b) ¿Qué es un diagrama de fases?
R.- Se denomina diagrama de fase a la representación gráfica de las fronteras entre
diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas para
facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases
corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de
estado.
c) ¿Por qué se forman dos fases líquidas en el experimento de diagrama ternario?
R.- Eso se da porque solo existen 2 líquidos miscibles entre sí.
d) En el sistema binario, ¿Qué podemos concluir cuando la solución esta turbia?
R.- Podemos concluir que se ha presenciado un cambio de fase.
2.- Utilice la regla de fases de Gibbs para hallar los grados de libertad de los siguientes
sistemas:
a) Cristales de KMnO4 en agua
F = C – P + 2
F = 2 – 3 + 2
F = 1
b) Oxigeno, Ozono y vapor de agua
F = C – P + 2
F = 3 – 2 + 2
F = 3
c) Alcohol, hielo y agua
F = C – P + 2
F = 3 – 2 + 2
F = 3
3.- Calcule los grados de libertad para los siguientes sistemas si la presión es un dato:

13. Laboratorio de FisicoquímicaDIAGRAMAS DE
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a) CO, CO2 y CH4
F = C – P + 1
F = 3 – 4 + 1
F = 2
b) 5 hidrocarburos de los cuales 1/5 están en fase liquida, 2 están en estado sólido y el resto
están en fase gaseosa.
F = C – P + 2
F = 5 -4 + 1
F = 2
c) Alcohol, hielo seco y agua
F = C – P + 1
F = 3 - 2 + 1
F = 2
4.- El punto de ebullición de un compuesto orgánico es 19ºC y su punto de fusión es -44ºC,
a una presión de 14.7 lbf/pulg2
(1.0003 atm). Sus propiedades críticas son 120ºC y 35
lbf/plg2
(2.3816 atm). Su punto triple es de 2.8 lbf/plg2
(0.1905 atm). y -47ºC.
a) Dibuje el diagrama P vs. T donde P (atm) y T (ºC)
b) Halle la fase donde se encuentra el compuesto cuando esta a una presión de 2 atm y una
temperatura de 105ºC

14. Laboratorio de FisicoquímicaDIAGRAMAS DE
FASES
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R.- A 2 atm de presión y a 105 ºC el compuesto orgánico está en fase gaseosa.
c) Halle la fase donde se encuentra el compuesto cuando esta a una presión de 0.4 atm y
una temperatura de -46ºC
R.- A 0.4 atm de presión y a -46 ºC el compuesto orgánico está en fase liquida.