Pregunta 1 · Química Física I UB 2024

a) Dibuixeu i construïu un diagrama de fases temperatura-composició (T - x) i c) esbosseu el diagrama pressió-composició (P - x)

Solución: Apartat a (Diagrama $T - x$): Gràfica $T - x_{\text{met}}$ amb les corbes de bombolla i rosada: - Punt d'ebullició del cloroform pur a $x_{\text{met}} = 0$ ($T = 61{,}2\ \text{°C}$). - Punt d'ebullició del metanol pur a $x_{\text{met}} = 1$ ($T = 64{,}7\ \text{°C}$). - Mínim comú d'ebullició a la composició azeotròpica ($x_{\text{met}} = 0{,}13$, $T = 54\ \text{°C}$). - Fase vapor a la regió superior ($T > T_{\text{eb}}$), líquid homogeni a la regió inferior ($T < T_{\text{eb}}$) i equilibri bifàsic líquid-vapor a les regions intermèdies delimitades per les corbes. Apartat c (Diagrama $P - x$): Gràfica isotèrmica $P - x_{\text{met}}$: - Presenta un màxim de pressió de vapor a la mateixa composició azeotròpica ($x_{\text{met}} = 0{,}13$). - Com que $T_{\text{eb}}(\text{cloroform}) < T_{\text{eb}}(\text{metanol})$, la pressió de vapor de saturació del cloroform és superior a la del metanol ($P_{\text{clor}}^* > P_{\text{met}}^*$). - En el diagrama $P - x$, la fase líquida es troba a pressions altes (a dalt) i la fase vapor a pressions baixes (a baix), amb la coexistència líquid-vapor enmig.

b. Quines propietats o característiques distintives defineixen el comportament d'una mescla azeotròpica?

Solución: Bull a una temperatura perfectament definida i constant a pressió fixa, comportant-se com una substància pura, i la composició del vapor en equilibri és exactament igual a la del líquid ($y_i = x_i$), impedint la separació per destil·lació fraccionada convencional.

c. Comenteu la correspondència física entre ambdós gràfics.

Solución: Com que presenta un mínim d'ebullició en el diagrama $T - x$, en el diagrama isotèrmic $P - x$ presenta un màxim de pressió de vapor a $x_{\text{met}} = 0{,}13$. A més, la fase líquida està a sota en $T - x$ i a dalt en $P - x$, mentre que el vapor està a dalt en $T - x$ i a baix en $P - x$.