Manual LTEF (1)

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL LABORATORIO DE TERMODINÁMICA QUÍMICA I PRÁCTICA 1 EQUILIBRIO DE FASES PARA SUSTANCIAS PURAS EQUILIBRIO DE FASES PARA SUSTANCIAS PURAS OBJETIVOS Determinar las condiciones de equilibrio para sustancias puras. Calcular los calores de vaporización y sublimación de sustancias puras. Estimar el punto triple de una sustancia pura. Verificar la validez de la ecuación de Claussius - Clapeyron. Determinar la entalpía de vaporización del agua.

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termodinamicaesiqie

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  • 1

    INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

    ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

    DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL

    LABORATORIO DE TERMODINMICA QUMICA I

    PRCTICA 1

    EQUILIBRIO DE FASES PARA

    SUSTANCIAS PURAS

    EQUILIBRIO DE FASES PARA SUSTANCIAS PURAS

    OBJETIVOS

    Determinar las condiciones de equilibrio para sustancias puras. Calcular los calores de vaporizacin y sublimacin de sustancias puras. Estimar el punto triple de una sustancia pura.

    Verificar la validez de la ecuacin de Claussius - Clapeyron. Determinar la entalpa de vaporizacin del agua.

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 2

    HIPTESIS

    La presin de vapor de un lquido es constante a una temperatura dada, pero aumenta si aumenta la

    temperatura.

    EQUILIBRIO DE FASES PARA SUSTANCIAS PURAS

    Como se alcanza el equilibrio fsico entre fases?

    Se alcanza el equilibrio material cuando los potenciales qumicos de la sustancia son iguales en las

    dos fases:

    En un sistema cerrado en equilibrio termodinmico, el potencial qumico de un componente

    dado es el mismo en todas las fases en las que el componente est presente.

    Vamos a centrarnos en el estudio del equilibrio de fases en sistemas formados por un solo

    componente (sustancia pura). Para especificar el estado termodinmico de un sistema formado por

    una sustancia pura, el nmero variables intensivas independientes que se deben conocer (grados de

    libertad) es:

    Si hay presente una fase, L = 1componente - 1fase + 2 = 2 variables, es necesario especificar

    por ejemplo la P y la T Si hay presente dos fases, L = 1componente - 2fases + 2 = 1 variable, es necesario

    especificar slo P o T Si hay presente tres fases, L = 1componente - 3fases + 2 = 0 variables

    Por tanto podemos representar cualquier estado de equilibrio del sistema formado por una sustancia

    pura mediante un punto en un diagrama bidimensional de presin-temperatura. Este diagrama se

    denomina diagrama de fases. Un ejemplo del diagrama de fases de una sustancia pura se muestra

    en la figura.

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 3

    En el diagrama de la figura las lneas AB, BD y BC corresponden a valores (P,T) en las que coexisten dos fases:

    En AB coexisten en equilibrio slido y gas. La curva AB es la curva de presin de vapor

    del slido En BD coexisten en equilibrio slido y lquido. En BC coexisten en equilibrio lquido y gas.

    El punto B marca los valores de P y T en los que coexisten tres fases, slido, lquido y gas, y se

    denomina Punto Triple. Este punto, que indica la temperatura mnima a la que el lquido puede

    existir, es caracterstico de cada sustancia, y puede emplearse como referencia para calibrar

    termmetros. El punto C indica el valor mximo (PC, TC) en el que pueden coexistir en equilibrio dos fases, y se

    denomina Punto Crtico. Representa la temperatura mxima a la cual se puede licuar el gas simplemente aumentando la presin. Fluidos con T y P mayores que TC y PC se denominan fluidos

    supercrticos.

    Tabla 1.1 correlaciones para la estimacin de la presin de vapor de un componente puro

    Efecto de la presin y de la temperatura. Ecuacin de Clapeyron.

    La ecuacin de Clapeyron permite calcular la pendiente de una lnea de equilibrio entre dos fases en

    el diagrama de fases P-T de un sistema de un componente.

    Consideremos un punto cualquiera sobre una lnea de equilibrio entre dos las fases, que llamaremo s

    y . La condicin para que exista equilibrio de fases es que: , pero para una sustancia

    pura por tanto en un punto sobre la curva de equilibrio de dos fases

    , y cualquier variacin infinitesimal que suponga un desplazamiento sobre la curva de

    equilibrio implica que . O lo que es lo mismo:

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 4

    y reagrupando trminos . Por otra parte si se considera que en un cambio de fase

    reversible a T y P constantes se tiene que:

    Ecuacin de Clapeyron

    Consideraciones sobre la ecuacin de Clapeyron:

    En un cambio de fase lquido-vapor, tanto H como V son positivos, por tanto la pendiente

    de la lnea de equilibrio lquido-vapor es positiva. Lo mismo sucede con la lnea slido-vapor. En un cambio de fase slido-lquido, H es positivo y en general V tambin, por lo tanto la

    pendiente de esta lnea tambin ser positiva. Existen sin embargo algunas excepciones

    como el H2O, Ga o Bi debido a una disminucin de volumen que sufren estos componentes

    al fundirse, en estos casos la pendiente de la lnea de equilibrio slido-lquido ser negativa. En el cambio de fase slido-lquido V es mucho menor que en los cambios de fase

    slidogas o lquido-gas. Por esta razn la pendiente en el primer caso es mucho mayor que

    en los ltimos.

    Aplicacin de la ecuacin de Clapeyron a distintos cambios de fase

    Equilibrio lquido-vapor y slido-vapor

    En estos dos casos el V molar del gas es mucho mayor que el del lquido o que el del slido

    por lo que puede hacerse la aproximacin

    Si adems se hace la suposicin de que el gas se comporta como gas ideal, la ecuacin

    de Clapeyron se transforma en:

    Esta ecuacin se suele expresar como llamada ecuacin de Clausius Clapeyron.

    Si el rango de temperatura analizado es pequeo, se puede suponer que H es constante a lo largo

    de la lnea de equilibrio, y por tanto:

    ecuacin de Clausius-Clapeyron integrada

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 5

    La ecuacin de Clasius-Clapeyron slo es aplicable para obtener la presin de vapor de un slido

    o un lquido a una cierta temperatura, conocido otro punto de equilibrio entre las fases. Esto es

    as porque para llegar a esta expresin desde la ec. de Clapeyron se hace la aproximacin de

    despreciar el volumen molar del slido o del lquido frente al del gas, que adems se supone

    de comportamiento ideal.

    Rudolf Clausius sugiri que la integracin de la ecuacin de CLAPEYRON permita la determinacin

    de la entalpa para los cambios de fase a partir de datos experimentales de presin de vapor a

    diferentes temperaturas.

    LnP H vap 1 C R T

    Esta ecuacin es semejante a la ecuacin de una recta: y = mx + b Donde y = LnP

    m H

    R

    1

    x

    T

    b = C

    Si graficamos LnP contra 1/T y calculamos el valor de la pendiente podemos calcular el valor

    de Hvap.

    DESARROLLO EXPERIMENTAL

    Material y equipo

    Refrigerante Termmetro de 0C 100C Hervidor (matrz de fondo plano) Parrilla de calentamiento con agitacin magntica Soporte universal Restato Pinzas de nuez Pinzas de tres dedos Regla de 60 cm con aproximacin a mm Manmetro de mercurio Agua destilada

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 6

    Procedimiento experimental

    1. Montar el equipo como se muestra en el esquema. 2. Revisar perfectamente las conexiones para evitar fugas o entradas de aire. 3. Poner el lquido en el hervidor. 4. Arrancar la bomba de vaco hasta su mxima capacidad de succin y observar la diferencia de niveles

    creada en las columnas del manmetro. 5. Calentar el lquido regulando el termostato del equipo de tal forma que no se caliente excesivamente.

    (con agitacin constante). 6. Esperar a que el lquido llegue a ebullicin y tanto la presin como la temperatura permanezcan

    constantes. (slo hasta este momento comenzar a tomar los datos de temperatura y presin alcanzados). 7. Cambiar la presin del sistema mediante la inyeccin de aire, utilizando la vlvula reguladora. 8. Repetir los pasos 6 y 7 hasta alcanzar la presin atmosfrica. (10 lecturas)

    Clculos

    Con los datos obtenidos calcular: a) El calor de vaporizacin molar, graficando lnP vs 1/T. b) Calcular la pendiente de la recta promedio y determinar la entalpa de vaporizacin. c) Calcular el calor latente de sublimacin molar utilizando el H de fusin bibliogrfico. d) Con el valor de H de sublimacin y la ecuacin de Clausius Clapeyron, calcular las

    presiones de sublimacin a temperaturas diferentes debajo de la temperatura del punto triple.

    Es recomendable calcular la constante de integracin de la ecuacin de Clausius Clapeyron

    con los datos de temperatura y presin del punto triple y una vez obtenido el valor calcular

    las presiones de sublimacin. e) Con los datos obtenidos hacer un diagrama de fases (P vs T) f) Encontrar la ecuacin de la curva.

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 7

    TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

    TEMPERATURA C

    PRESIN MANOMTRICA

    mmHg

    TEMPERATURA K

    PRESIN ABSOLUTA

    mmHg

    Ln P

    1/T

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 8

    Conceptos

    Entregar de tarea las definiciones de lo siguiente ( derecho a hacer la prctica ) 1. Equilibrio termodinmico:

    2. Sustancia pura:

    3. Presin de vapor:

    4. Punto de ebullicin:

    5. Sistema y alrededores:

    6. Variable dependiente e independiente:

    7. Presin atmosfrica:

    8. Presin manomtrica:

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 9

    9. Presin absoluta:

    10. Diagrama de fases:

    11. Sublimacin

    12. Vaporizacin

    13. Fusin

    Datos necesarios para clculos (tericos)

    Presin en el Punto Triple del agua

    PPT = Temperatura en el Punto Triple del agua

    TPT =

    Constante universal de los gases ideales R

    =

    fusin

    Agua sublimacin

    vaporizacin

  • Prctica 1: Equilibrio de fases para sustancias puras

    Dra. Carmen Reza 10

    Reporte.

    En equipo: 50% 1. Grfica de P (mmHg) vs T (C) 2. Grfica de LnPabs vs 1/T (K) 3. Clculos de la pendiente y

    Hvap

    4. Calcular Hsub = Hvap + Hfus

    5. Calcular datos para construir diagrama de fases 6. Grfica donde se muestre el diagrama de fases 7. Observaciones

    Individual: 50% Conclusiones

  • 1

    INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

    ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

    DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL

    LABORATORIO DE FISICOQUMICA III

    PRCTICA 2

    PROPIEDADES MOLARES

    PARCIALES

    OBJETIVOS

    Determinar el volumen real de mezclas de soluciones. Aplicar el principio de Arqumedes para determinar la densidad de cada una de las soluciones. Determinar para cada solucin, el cambio de volumen de mezclado. Determinar los volmenes molares parciales de agua y alcohol en distintas soluciones binarias,

    determinando las densidades de las mismas.

  • Prctica 2: Propiedades molares parciales

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 2

    HIPTESIS Si tomamos una propiedad extensiva cualquiera, por ejemplo el volumen de una mezcla binaria, y

    suponemos que al mezclar dos volmenes cualquiera de dos sustancias puras diferentes, el volumen

    resultante no es la suma de los volmenes iniciales, sino que puede presentar diferencias significativas

    PROPIEDADES MOLARES PARCIALES

    El volumen de un lquido puro puede expresarse como:

    Donde: n cantidad de moles

    MVo volumen molar del lquido puro

    Para soluciones ideales o para lquidos completamente inmiscibles, el volumen total ser:

    (1)

    para soluciones no ideales, el volumen no se ajusta a la expresin anterior, pero puede demostrarse

    que:

    Si se define volumen molar parcial del componente i

    Se obtiene una expresin de la misma forma que la expresin (1):

    Donde: MVi es el volumen molar parcial del componente i

    En particular para un sistema de dos componentes:

    DESARROLLO EXPERIMENTAL

    El mtodo utilizado en la prctica se denomina MTODO DINMICO DE CLCULO DE DENSIDADES

    POR MEDIO DEL FLOTADOR el cual se explica a continuacin:

  • Prctica 2: Propiedades molares parciales

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 3

    Material y equipo

    Tubos de Nessler cuidadosamente seleccionados Balanza analtica. Flotador, Probeta de 40 ml Soporte de madera Gancho de alambre 2 vasos de precipitado 2 bureta de 50 ml cada una Agua destilada Metanol

    Procedimiento experimental

    1. Montar el equipo como se muestra en el esquema. 2. Revisar que los tubos estn perfectamente limpios y secos 3. Preparar un juego de soluciones Metanol-Agua cuya concentracin vare de 0 a 1 con intervalos de 0.1

    en fraccin mol con respecto al etanol. Los volmenes de cada solucin pueden calcularse con la ayuda

    de las siguientes frmulas, tomando en cuenta que los subndices 1 son relacionadas al metanol y el 2

    sern de agua

    x1 PM1 VT x2 PM 2 VT

    V1 x1PM1 1 x2 PM 2 V1 x1PM1 2 x2 PM 2

    1 2 1 2

    4. Una vez calculados los volmenes, agregar al tubo de Nessler primero el agua y despus muy lentamente

    el metanol. 9. Despus de agregar el metanol verificar como quedan los volmenes y que llama la atencin del

    experimento en ese paso. 10. Enseguida agitar cada tubo para mezclar perfectamente los componentes puros y observar los cambios

    que ocurren en los volmenes (tomar nota). 11. Enfriar las soluciones 12. Apoyndose en el principio de Arqumedes determinar la densidad real de los componentes p uros y de

    las soluciones mediante los siguientes pasos: a. Pesar el flotador en el aire WF: ponga la balanza en ceros, cuelgue el flotador en el gancho y

    tome el peso en gramos aproximado hasta la segunda cifra decimal. b. Pesar el flotador sumergido en el agua W2 y en el metanol W1: Ponga en la probeta

    aproximadamente 35 ml del lquido. Coloque la probeta en el soporte de madera, cuelgue el

    flotador en el gancho de alambre y sumerja el flotador en la probeta de manera que ste no

    toque sus paredes ni el fondo de la misma, espere que se estabilice el peso en la balanza y

    enseguida tome la lectura del peso del flotador en cada uno de los lquidos. c. Pesar el flotador sumergido en cada solucin. Proceda como en el paso anterior.

    Datos necesarios para clculos

  • Prctica 2: Propiedades molares parciales

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 4

    Sustancia

    Peso Molecular (PM) Densidad ( )

    Agua

    Metanol

    Volumen Total. __________ ml

    Agregar metanol lentamente, que no se mezcle con el agua

  • Prctica 2: Propiedades molares parciales

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 5

    Clculos

    Con los datos obtenidos calcular: o El empuje del flotador en el agua.

    EF WF W1

    o E volumen del flotador

    EF

    VF

    agua

    o El empuje del flotador en cada solucin

    EFi WF Wi

    o La densidad de cada solucin

  • Prctica 2: Propiedades molares parciales

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 6

    EFi

    i

    VF

    o El peso molecular de cada solucin

    PM i x1 PM1 x2PM2

    o El volumen molar real para cada solucin

    PM

    Vireal i

    i

    o El volumen ideal de cada solucin

    ideal x1PM1 x2PM2

    Vi

    1 2

    o El cambio de volumen de mezclado de cada solucin

    V1 Vireal Viideal

  • Prctica 2: Propiedades molares parciales

    Metanol

    X1

    Agua

    X2

    V1 (ml)

    V2 (ml)

    W(gr)

    EF

    (g/ml)

    PM (gr)

    Vreal (ml)

    Videal (ml)

    V (ml)

    0

    1

    0.1

    0.9

    0.2

    0.8

    0.3

    0.7

    0.4

    0.6

    0.5

    0.5

    0.6

    0.4

    0.7

    0.3

    0.8

    0.2

    0.9

    0.1

    1.0

    0

  • Peso del flotador en el aire. WF =

    Peso del flotador en el agua. W1 =

    Peso del flotador en metanol. W2 =

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 7

  • Prctica 2: Propiedades molares parciales

    Conceptos

    Entregar de tarea las definiciones de lo siguiente ( para derecho a hacer la prctica )

    1. Propiedades molares:

    2. Propiedades molares parciales:

    3. Mezclas:

    4. Principio de Arqumides:

    5. Densidad:

    6. Volumen real:

    7. Volumen ideal:

    8. Peso molecular:

    9. Cambio de volumen de mezclado:

    10. Empuje

  • Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I

    11. Picnometra

    12. Lquido puro

    13. Tubo Nessler

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 8

    Prctica 2: Propiedades molares parciales

    Datos necesarios para clculos (tericos)

    Densidad del metanol = Peso molecular del metanol = Densidad del agua = Peso molecular del agua = Volumen total =

    Reporte.

    En equipo: 50% a. Tabla de resultados b. Grfica Videal, Vreal vs X1 (Metanol (1) Agua (2)) c. Ajustes necesarios con la ecuacin de Riedlich Kister d. Grfica V1, V2, Vrealajustado vs X1

    e. Grfica V, Vajustada vs X1 f. Observaciones

    Individual: 50% Conclusiones

  • 9

  • 1

    INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

    ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

    DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL

    LABORATORIO DE FISICOQUMICA III

    PRCTICAS 3 y 4

    EQUILIBRIO LQUIDO-VAPOR EQUILIBRIO IDEAL - LEY DE RAOULT

    EQUILIBRIO NO IDEAL - AZETROPOS

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 2

    DRA. CARMEN M. REZA S.

    EQUILIBRIO IDEAL - LEY DE RAOULT

    EQUILIDRIO NO IDEAL - AZETROPOS

    OBJETIVOS

    Observar el comportamiento de dos sistemas binarios. Construir los diagramas de temperatura y composicin del lquido y del vapor. Comparar con los datos de temperatura y composicin obtenidas con la Ley de Raoult. Comparar con los datos de temperatura y composicin obtenidas con las ecuaciones de Van

    Laar y Margules. Ajustar los datos experimentales utilizando dos modelos de solucin y compararlos con los

    datos experimentales.

    PROPSITO - Determinacin experimental de los coeficientes de actividad de los

    componentes de una mezcla binaria. - Determinar las curvas de equilibrio lquido-vapor para mezclas binarias de

    lquidos totalmente miscibles. - Determinar si las mezclas obedecen a la ley de Raoult o presentan desviacin

    positiva o negativa.

    - Realizacin del test de consistencia termodinmica de los datos obtenidos. -

    Verificacin de las ecuaciones de Margules y Van Laar para la determinacin de los

    coeficientes de actividad

    HIPTESIS

    A una presin constante las mezclas de lquidos miscibles de diferente composicin hervirn

    a diferentes temperaturas y su vapor ser ms rico en el componente ms voltil.

    EQUILIBRIO LQUIDO VAPOR

    I. INTRODUCCION

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 3

    Una fase de acuerdo a la definicin clsica, se define como materia uniforme en todas sus

    partes, tanto en composicin qumica como fsica, ejemplos de sta son: agua lquida, hielo, vapor de agua, solucin de sacarosa en agua, la mezcla de gases en una muestra de aire etc.

    Dos o ms fases se presentan cuando hay una superficie macroscpica de separacin entre

    las fases homogneas, ejemplos son: un sistema formado por tres fases (hielo-agua-aire),

    sistemas formados por dos fases (lquidos inmiscibles) y mezclas de slidos o formas

    cristalinas diferentes del mismo slido. El nmero de fases identificables depende de cmo

    se observe la muestra, por ejemplo, una solucin de DNA es homognea a simple vista, y a

    nivel microscpico se observa no homognea. Existen diferentes tipos de equilibrios entre fases: slidolquido (S-L), lquido- lquido (LL),

    lquido-vapor (L-V), etc., y tambin, pueden existir equilibrios de un solo componente, de

    dos componentes llamado binario y de tres componentes denominado ternario El estado de

    una muestra de materia se define por dos tipos de variables: intensivas y extensivas. Las

    variables intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de materia presente como

    la temperatura, presin y concentracin; y las variables extensivas son aquellas que si

    presentan dependencia de la cantidad de materia presente como por ejemplo la masa y

    volumen.

    En un sistema de una o ms fases, generalmente se requiere conocer al menos una variable

    extensiva por fase, para determinar la masa de cada una de ellas, y el resto de las propiedades

    del sistema se pueden determinar a partir de propiedades intensivas. La regla de las fases de Gibbs define el nmero mnimo de variables intensivas necesarias

    para describir un sistema:

    f = c - p + 2 (1)

    donde f son los grados de libertad del sistema, y se define como el nmero mnimo de

    variables intensivas necesarias para describir un sistema, c es el nmero de componentes

    qumicos y p es el nmero de fases del sistema.

    Los sistemas lquidos ideales obedecen a la Ley de Raoult, de modo que la presin parcial de

    cada uno de los componentes en el vapor, a una temperatura dada, es igual al producto de su

    fraccin molar en el lquido por la presin de vapor del componente puro a la misma

    temperatura. Si el vapor tambin se comporta idealmente, la presin parcial de un componente cualquiera en la fase vapor ser igual al producto de su fraccin molar en el

    vapor por la presin total.

    Esto, para una mezcla binaria:

    (1)

    donde y1 e y2 son las fracciones molares de los componentes 1 y 2 en la fase vapor, x1 y x2

    son las mismas en la fase lquida, P es la presin total y y las presiones de vapor de

    los componentes puros respectivos a la temperatura del sistema. La mayora de las soluciones lquidas de inters prctico no cumplen con la Ley de Raoult.

    Para poder tratar estas soluciones llamadas reales, en forma anloga a las soluciones perfectas

    se introduce el coeficiente de actividad. Sin embargo, para las soluciones en fase vapor en el

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 4

    dominio de presiones menores de 2 atm, puede aceptarse que cumplen con la Ley de Dalton.

    En consecuencia, para las condiciones de trabajo de la presente experiencia, las ecuaciones

    a aplicar son:

    .(2)

    donde son los coeficientes de actividad para los componentes (1) y (2)

    respectivamente.

    A partir de estas expresiones se calcularn los coeficientes de actividad determinando en el

    equilibrio la presin, la temperatura y la composicin de la fase vapor para diferentes

    composiciones de la fase lquida.

    En la prctica, esto significa construir el diagrama de equilibrio de fases T - x a presin

    constante o el P - x a temperatura constante. Se debe notar el hecho de que estos coeficientes

    de actividad son funcin de la composicin del sistema como as tambin de la presin y la temperatura. Trabajando a presin y temperatura constante, la relacin de variacin de los

    coeficientes de actividad con la composicin debe cumplir con la Ecuacin de Gibbs -

    Dhem, que para una mezcla binaria puede plantearse:

    (3)

    Equilibrio lquido-vapor en mezclas azeotrpicas

    El equilibrio liquido-vapor de sistemas ideales se pueden describir de acuerdo a las leyes de

    Raoult y Dalton. fracciones mol. De acuerdo a la Ley de Dalton la presin total del sistema

    queda definida como:

    PT = PA + PB (4)

    En una mezcla homognea de dos lquidos voltiles A y B, de acuerdo a la ley de Raoult se

    pueden presentar dos casos: 1. Si las fuerzas intermoleculares entre las molculas A y B son ms dbiles que las que

    existen entre las molculas de A y entre las de B, se dice que existe una mayor tendencia para

    considerarse una mezcla real que en el caso de una solucin ideal. En consecuencia, la presin

    de vapor de la solucin es mayor que la predicha por la ley de Raoult para la misma

    concentracin. Esta conducta da origen a la desviacin positiva. El mezclado es un proceso

    endotrmico. 2. Si las molculas A y B se atraen con mayor fuerza que entre las del mismo tipo, la

    presin de vapor de la solucin es menor que la suma de las presiones parciales, segn la ley

    de Raoult. Dicha conducta se le conoce como desviacin negativa. El mezclado es un proceso

    exotrmico.

    El comportamiento de cada uno de los casos descritos se puede apreciar en la Figura.

    y

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 5

    Clculo de la concentracin de etanol utilizando ndices de refraccin

    El refractmetro que se utiliza en el laboratorio est graduado para medir el ndice de

    refraccin, por ejemplo: Lectura con el refractmetro (ndice de refraccin) = 1.35162. De la grfica que correlaciona

    ndice de refraccin y % w/w de etanol, obtenemos la concentracin de etanol en la mezcla

    = 26.06%

    Diagrama de presin de vapor y punto de ebullicin para sistemas que muestran:

    (a) Idealidad, (b) desviacin positiva y (c) desviacin negativa segn la ley de Raoult

    Los diagramas de fases lquido-vapor, y en particular los de punto de ebullicin, son de

    importancia para la destilacin, la cual generalmente tiene como objetivo la separacin

    parcial o completa de una solucin lquida en sus componentes. Una destilacin simple, "un

    plato" de un sistema binario, no tiene mximo o mnimo en su curva de punto de ebullic in,

    como se observa en la figura 3. La fraccin mol de B en la solucin inicial se representa por

    BL1. Cuando ebulle y una pequea porcin del vapor se condensa, se obtiene una gota de

    destilado con una fraccin mol BV1. Ya que ste es ms rico en A que el residuo del matraz,

    el residuo es ligeramente ms rico en B y se presenta por BL2 . La siguiente gota de destilado

    BV2 es ms rica en B que la primera. Si la destilacin se contina hasta que el residuo no ebulla ms, la ltima gota del condensado ser B puro. Para obtener una separacin completa

    de la solucin en A y B puros por destilaciones de esta clase es necesario separar el destilado

    cambiando el frasco receptor durante la destilacin y posteriormente volver a destilar las

    fracciones separadas y repetir en varias ocasiones. El mismo resultado se puede obtener en

    una sola destilacin con el uso de una columna de fraccionamiento que contenga un gran

    nmero de "platos". Si hay un mximo en la curva de punto de ebullicin (Fig. 2c) la

    composicin de vapor y residuo no estn cerca de A o B puros, sino a la composicin

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 6

    correspondiente al mximo. Una mezcla con esta composicin destilar sin cambio en

    composicin y se conoce, como "mezcla de ebullicin constante" o "azetropo". Estos trminos se aplican a una mezcla con punto de ebullicin mnimo. En ocasiones son tiles

    (como el HCl-H2O de punto de ebullicin constante usado como estndar analtico), y en

    otros casos un problema (como el azetropo de 95% etanol y 5% de agua, que no permite la

    obtencin de etanol absoluto por destilacin directa de soluciones acuosas de etanol).

    Variacin de la composicin de lquido y vapor durante la destilacin.

    Si bien no se conoce la relacin analtica que vincula la concentracin con el coeficiente de

    actividad se han propuesto ecuaciones semiempricas, que son soluciones de la ecuacin (3).

    Dos de las ms comunes son las siguientes:

    MARGULES

    VAN LAAR

    Evidentemente que para el uso de tales ecuaciones es necesario conocer el valor de las

    constantes A y B, las que se pueden determinar a partir de datos experimentales.

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 7

    En una mezcla de gases ideales la fugacidad de sus componentes es igual a su presin parcial.

    Generalmente los gases puros a bajas presiones se comportan como gases ideales y sus mezclas tambin, por lo tanto la fugacidad de los componentes de la mezcla es igual a su

    presin parcial. La presin atmosfrica a la cual se trabaja en el laboratorio y en la mayora

    de las columnas de destilacin se considera a baja presin, entonces el vapor en equilibr io

    con el lquido se considera gas ideal. En cambio los lquidos no se pueden suponer como gases ideales, pero a la presin der

    saturacin (baja), el coeficiente de fugacidad es considerado igual a 1 y la fugacidad del

    lquido saturado o an comprimido se toma igual a su presin de vapor.

    DESARROLLO EXPERIMENTAL

    Material y equipo

    Hervidor Refrigerante Termmetro

    Parrilla de calentamiento con agitacin magntica Soporte universal Restato

    Pinzas de tres dedos Pinzas de nuez Pipeta muestreadora

    Tubos de ensaye Refractmetro Metanol

    Isopropanol

    Procedimiento experimental

    1. Montar el equipo como se muestra en el esquema. 2. Preparar mezclas binarias que contengan 10, 20, 40, 60, 80 y 90% de uno de los

    componentes:

    i. Metanol-Isopropanol

    ii. Metanol- Cloroformo 3. Los volmenes de cada solucin pueden calcularse con la ayuda de las siguientes

    frmulas, tomando en cuenta que los subndices 1 son relacionadas al metanol y el 2

    sern de isopropanol.

    x1 PM1 VT x2 PM 2 VT

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 8

    V1 x1PM1 1 x2 PM 2 V1 x1PM1 2 x2 PM 2

    1 2 1 2

    4. Medir los ndices de refraccin de cada mezcla a una temperatura determinada (15 a 20o), empleando un refractmetro de Abbe, as como los ndices de refraccin de los

    componentes puros. 5. Graficar la relacin entre composicin (x) y el ndice de refraccin (y). (El ndice de

    refraccin permite conocer la composicin del lquido y del vapor en equilibrio de

    manera indirecta).

    6. Poner la solucin en el hervidor, suministrar calor con agitacin hasta que la solucin

    ebulla, cuando la temperatura sea constante y haya condensado en la concavidad,

    tomar el dato de temperatura.

    7. Determinar los puntos de ebullicin de cada una de las mezclas en equilibrio del vapor

    y del lquido. Lo anterior se debe realizar por medio de destilacin simple midiendo

    2 ml. de mezcla. (nota: el bulbo del termmetro debe estar inmerso en el vapor

    generado).

    8. Tomar una muestra del condensado y del destilado y enfriarlas a temperatura

    ambiente. 9. Determinar los ndices de refraccin del destilado (vapor) y del residuo que qued en

    el matraz de destilacin (lquido) con el refractmetro de Abbe.

    10. Repetir los pasos 6 al 9 para cada una de las mezclas.

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 9

    Clculos

    Con los datos obtenidos calcular:

    Graficar ndice de refraccin contra composicin

    Utilizando la grfica determinar la composicin del condensado (Y).

    Si las grficas resultan ser de comportamiento ideal. Se tendr que hacer lo siguiente :

    Aplicar la Ley de Raoult para calcular la composicin del lquido y del vapor

    aplicando las ecuaciones:

    x1 PPsP

    P2s2s y y1

    x1 P

    P1s 1

    Calcular las presiones de saturacin aplicando la ecuacin de Antoine a las

    temperaturas seleccionadas entre la temperatura de ebullicin del componente 1 y la

    temperatura de ebullicin del componente 2. (buscar las constantes de Antoine en la

    literatura).

    Graficar T vs x1, y1, y y1 vs x1 Si las grficas resultan ser de comportamiento no ideal. Se tendr que hacer lo

    siguiente:

    Calcular el coeficiente de actividad () con la ecuacin:

    y1 P

    1 x1 P1s

    Para el clculo de las presiones aplicar la ecuacin de Antoine a las temperaturas de

    ebullicin experimentales (buscar valores de las constantes en la literatura).

    Sacar el logaritmo natural de los coeficientes de actividad experimentales y graficar

    Ln 1 y 2 vs x1 y x2 respectivamente en la misma grfica. Esta grfica servir para

    determinar los valores de las constantes A12 y A21 necesarias para aplicar las

    ecuaciones de Van Laar y de Margules.

    Calcular las Ln 1 y 2 con las ecuaciones de Van Laar Calcular las Ln 1 y 2 con

    las ecuaciones de Margules Comparar los resultados de Ln 1 y 2 con los

    experimentales y decir cual de las dos ecuaciones se ajustan a los resultados

    experimentales.

    Identificar los datos del punto azeotrpico.

    TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

    X1

    X2

    V1

    V2

    liq

    T

    vap

    Y

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 10

    Conceptos

    Entregar de tarea lo siguiente ( derecho a hacer la prctica )

    Equilibrio Lquido- Vapor

    Comportamiento ideal

    Comportamiento no ideal

    Ley de Raoult

    Ecuacin de Antoine

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 11

    Mezcla y punto azeotrpica (o)

    Presin de saturacin

    Ecuacin de Van Laar

    Ecuacin de Margules

    Actividad

    Coeficiente de actividad

    Reporte.

    En equipo: 50%

    1. Clculos de acuerdo a como se verifica en la prctica.

    2. Reportar los resultados en forma tabular y grfica.

    3. Realizar las siguientes grficas:

    ndice de refraccin Vs Concentracin (ambos sistemas) x1

    vs y1 (para ambos sistemas, experimental y corregida) x1,

    y1 vs T (para ambos sistemas, experimental y corregida) 4. De acuerdo a los resultados analizar si la mezcla presenta un punto

    azeotrpico y adems, determinar qu tipo de comportamiento presenta de

    acuerdo a la ley de Raoult.

    5. Tablas de resultados experimentales, Van Laar y Margules

    6. Anlisis generales

    7. Observaciones

    Individual: 50%

    Conclusiones

  • Prctica 3 y 4: Equilibrio Ideal y No Ideal

    Dra. Carmen Reza Laboratorio de Termodinmica Qumica I 2

  • 1

    INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

    ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

    DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL

    LABORATORIO DE FISICOQUMICA III

    PRCTICA 5

    EQUILIBRIO LQUIDO-LQUIDO SISTEMAS TERNARIOS

  • Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I 2

    DRA. CARMEN M. REZA S.

    SISTEMAS TERNARIOS

    OBJETIVOS

    Estudiar las relaciones de solubilidad del sistema de tres componentes. Trazar el diagrama de equilibrio para un sistema estudiado.

    Construir la curva de solubilidad (binodal) para una temperatura dada y determinar las lneas de reparto.

    Construir los diagramas de temperatura y composicin del lquido. Ajustar los datos experimentales utilizando dos modelos de solucin y compararlos

    con los datos experimentales.

    PROPSITO

    Mediante la preparacin de mezclas agua cloroformo cido actico, obtener datos

    experimentales a fin de trazar la curva binodal o de equilibrio para el sistema en estudio. Se

    determinar la curva de solubilidad y las lneas de unin de un sistema integrado por agua,

    metanol y un lquido orgnico que puede ser: tolueno, benceno, tricloroetileno, cloroformo o

    1-butanol. En este caso cloroformo. Mediante otra serie de experimentos trazar dos lneas de

    unin

    HIPTESIS

    Se podr determinar la curva de solubilidad y las lneas de unin de un sistema ternario

    integrado por agua, metanol y cloroformo, para un equilibrio lquido- lquido. Todas las

    mezclas cuya composicin est por debajo de la curva de solubilidad se separaran en dos

    capas. Las que estn por encima de ella, formarn una sola fase.

    EQUILIBRIO LQUIDO LQUIDO

  • Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I 3

    I. INTRODUCCION

    Es posible tratar todos los equilibrios heterogneos desde un punto de vista unificado por

    medio del principio conocido como Regla de las Fases, con el cual l numero de variables a

    que se encuentra sometido un equilibrio heterogneo cualquiera, queda definido bajo ciertas

    condiciones experimentales definidas. La cantidad de variables que pueden fijarse

    arbitrariamente en un sistema termodinmico puede calcularse mediante: L = C F + 2 (1).

    Donde L nmero de grados de libertad, C nmero de componentes qumicos, F nmero de

    fases. Para simplificar la representacin grfica de las condiciones de equilibrio se suponen

    temperatura y presin constantes y, adems, generalmente se considera que el sistema en

    estudio es condensado, es decir que se desprecia la fase vapor. En estas condiciones, las

    variables independientes son las concentraciones de dos componentes, siendo la

    concentracin del tercero una funcin de ellas.

    De acuerdo a la regla de las fases de Gibbs, cuando observa una sola fase en un sistema de

    tres componentes como el que estudiaremos, los grados del libertad son 4. Por lo tanto, para

    describirlo completamente habr que fijar 4 de las 5 variables del sistema (T, P y

    concentraciones de cada uno de los tres componentes). Como los grficos de tantas variables son muy difciles de interpretar, se elige mantener algunas de ellas constantes y graficar las

    restantes una contra otras. En nuestro caso se trabajar en condiciones de presin y

    temperatura constantes y se graficar el nmero de fases del sistema respecto de las

    concentraciones de sus tres componentes en un diagrama triangular, en unidades de

    porcentaje en masa.

    Para un sistema dado de tres componentes lquidos, existirn composiciones para las cuales

    la solubilidad es completa, resultando la mezcla en una sola fase. Entonces, a P y T cte., sern

    2 los grados de libertad, debiendo establecerse dos de las tres concentraciones para describir

    completamente la situacin del sistema. Pero pueden darse composiciones en las cuales se

    supera la solubilidad y aparecen dos fases inmiscibles, cada una con los tres componentes en

    cierta proporcin. Los diagramas de lquidos ternarios son de considerable valor en problemas de separacin y extraccin con solventes y gracias a ellos es posible deducir si la

    separacin buscada puede realizarse y en cuales condiciones de operacin para lograr

    resultados ptimos. Los diagramas de lquidos ternarios son de considerable valor en

    problemas de separacin y extraccin con solventes y gracias a ellos es posible deducir si la

    separacin buscada puede realizarse y en cuales condiciones de operacin para lograr

    resultados ptimos.

    La mezcla de tres componentes lquidos, en nuestro caso cloroformo, cido actico y agua,

    en distintas proporciones puede dar lugar a la formacin de dos fases. En el caso que nos

    ocupa, el agua y el cloroformo son inmiscibles (es decir, la extensin de su mezcla es

    prcticamente nula) y sin embargo, el cido actico es totalmente soluble en cualquiera de

    los dos productos. Al aadir cido actico a una mezcla agua-cloroformo se observa que ste se distribuye entre las dos fases al mismo tiempo que aumenta la solubilidad mutua entre las

    mismas. Este hecho se traduce en que adiciones sucesivas de cido actico hacen variar la

    composicin de las fases acuosa y orgnica hacindolas cada vez ms semejantes y

    aprecindose, como caracterstica particular de este proceso, un aumento de volumen de una

  • Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I 4

    de las fases y la consiguiente disminucin del volumen de la otra hasta que llega a

    desaparecer una de ellas.

    Nuestro objetivo es construir y aprender a manejar un diagrama ternario, determinando la

    curva de solubilidad del sistema ternario por titulacin hasta la aparicin desaparicin de

    dos fases. Esta curva lmite separa la zona de composiciones que dan un sistema monofsico

    de las que dan un sistema bifsico. Esta prctica abarcar las relaciones de solubilidad del

    sistema de tres componentes como lo son el cloroformo-cido actico-agua, se trazar el

    diagrama de equilibrio y se construir la curva de solubilidad (binodal) para una temperatura dada y por ltimo se determinarn las composiciones de los puntos crticos y mximos.

    DESARROLLO EXPERIMENTAL

    Material y reactivos

    Probetas 100 ml Pipetas de 10 ml Buretas de 50 ml

    Balanza Matraces Erlenmeyer Vasos de precipitado

    Soporte Universal Pinzas para buretas Agua destilada

    Cloroformo cido actico Solucin de NaOH 0.5N

    Fenolftalena

    El procedimiento experimental se divide en dos partes:

    1. Construccin de la curva de solubilidad (binodal)

    2. Construccin de las lneas de unin

    Determinacin de la curva de solubilidad

    1.- Colocar 10 ml de cloroformo en un matraz erlenmeyer. 2.- Titular lentamente con agua, agitar intensamente despus de agregar cada gota

    hasta la aparicin de turbidez (agitar intensamente despus de la adicin de cada gota,

    ya que para este punto solo se necesitan unas cuantas gotas (4 gotas)) tras por lo

    menos un minuto de intensa agitacin. 3.- Transformar los volmenes empleados en masas mediante las densidades, y

    nmero de moles mediante pesos moleculares, de las sustancias a la temperatura de

    trabajo (T ambiente), mediante la siguiente ecuacin:

  • Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I 5

    m

    m V n PM

    4.- Calcular la composicin porcentual en masa del punto y graficarla en un diagrama

    triangular.

    grT= grCH3COOH + grCHCl3 + grH2O

    % p mx *100

    px grT

    5.- Agregar al sistema 2 ml de cido actico, con lo cual desaparecer la turbidez, y

    volver a titular con agua, hasta nueva aparicin de turbidez. 6.- Transformar nuevamente los volmenes en masas (ahora teniendo en cuenta

    tambin el cido actico) y volver a calcular y graficar la composicin porcentual en

    masa. 7.- Continuar procediendo de esta forma hasta llegar al mximo de la curva de

    solubilidad, tratando de obtener puntos equiespaciados, para lo cual puede ser

    necesario adicionar slo de 2 a 3 ml de cido actico a medida que se avanza,

    (asegurarse que en cada caso la mezcla pierda la turbidez, hasta alcanzar un volumen

    mximo de cido adicionado de 15 ml aproximadamente). 8.- Una vez alcanzado el mximo de la curva, repetir todo el procedimiento pero

    partiendo de 10 ml de agua y titulando con cloroformo. 9.- Titular lentamente con agua (agitando intensamente despus del agregado de cada

    gota) hasta la aparicin de turbidez (lechoso) tras por lo menos un minuto de intensa

    agitacin. NOTA: Cuando la sustancia titulante es el cloroformo un indicador de que se esta

    prximo al equilibrio es cuando la solucin se torna turbia, pero se observa que al

    dejar de agitar esta se vuelve transparente, por tanto cuando se llega a este punto se

    continua titulando gota a gota agitando intensamente despus de la adicin de cada

    gota, dejar de agitar y ver si en el fondo del matraz existe una pequea gota de

    cloroformo sin disolver en ese momento se detiene la titulacin anotando el volumen

    gastado de cloroformo.

    Determinacin de las lneas de unin:

    1.- Colocar 10 ml de agua e igual volumen de cloroformo en 3 vasos de precipitado

    previamente pesados.

    2.- Agregar 2, 5 y 10 ml de cido actico en cada uno de los tres vasos de precipitado,

    etiquetar como solucin 1, 2 y 3 respectivamente, pesar cada solucin anotando el

    valor en la tabla correspondiente. 3.- Transferir la solucin 1 a un embudo de separacin, agitar vigorosamente y esperar

    a que las fases se separen.

  • Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I 6

    4.- Mientras se separan las fases, calcular la composicin porcentual en masa del

    sistema y marcar el punto correspondiente en el diagrama triangular (pasos 3 y 4 en

    determinacin de la curva de solubilidad). 5.- Medir (ml) y pesar (gr) cada una de las fases, anotando los datos en la tabla

    correspondiente. 6.- Transferir aproximadamente 2 ml de cada una de las fases a matraces erlenmeyer,

    diluir con 20 ml de agua y titular con solucin de NaOH (0,5 M), usando fenolftale na

    como indicador. 7.- Calcular el porcentaje en masa de cido actico de las muestras extradas, marcar

    los puntos correspondientes en el diagrama y trazar la lnea de unin. (Estos dos puntos deben estar alineados con el punto correspondiente a la

    composicin total del sistema).

    a) Para LA FASE SUPERIOR ACUOSA, por ejemplo para un volumen gastado de

    NaOH de 0.8 ml, y con los pesos y volmenes de cada fase, se sabe por el princip io

    de equivalencia que:

    VNaOHM NaOH Va.acticoMa.actico por lo que la concentracin del cido actico presente en la alcuota de 2 ml queda

    como:

    VNaOHM NaOH 0.8mL*O.5M 0.2M

    M a.actico

    Va.actico alcuta 2mL

    Con el valor de la molaridad (gmol/l) se calcula la cantidad en gramos de cido actico

    en la fase superior acuosa como sigue:

    Wa.actico fase sup. acuosa M a.actico gmolL Vfase sup acuosa L PM

    gmolg

    Wa.actico fase sup. acuosa 0.2 gmolL 0.026 L 60

    gmolg 0.312g

    Como la fase superior acuosa esta integrada por cido actico y agua, por el peso que

    se tom de la solucin se tiene el valor de esta fase de:

    Wfase sup acuosa 28.27g

  • Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I 7

    Para obtener el porciento de cido actico en esta fase:

    Wa.actico fase sup. acuosa 0.312g

    %a.actico fase sup. acuosa 100 100 1.1%

    Wfase sup acuosa 28.27

    b) Para LA FASE INFERIOR ORGANICA, se cuenta como datos el volumen

    gastado de NaoH, el peso y el volumen de esta fase, se procede de la misma forma

    que en inciso anterior.

    8.- Repetir los pasos 3, 4, 5, 6 y 7 para las soluciones 2 y 3.

  • 8

    CURVA DE SOLUBILIDAD

    Volumen

    Clorofor

    (ml)

    Volumen

    Agua

    (ml)

    Volumen

    Ac.Actico

    (ml)

    Peso

    Clorofor

    (gr)

    Peso

    Agua

    (gr)

    Peso

    Ac.Act.

    (gr)

    Peso

    Solucin

    (gr)

    Porcent.

    Clorofor

    (%)

    Porcent.

    Agua

    (%)

    Porcent.

    Ac.Act. (%)

    10 0

    10 3

    10 (2)5

    10 (2)7

    10 (2)9

    10 (2)11

    10 (2)13

    10 (2)15

    10 0

    10 (2)3

    10 (2)5

    10 (2)7

    10 (2)9

    10 (2)11

    10 (2)13

    10 (2)15

  • 9

    Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    LNEAS DE UNIN DATOS DE LAS SOLUCIONES

    Volumen

    Cloroformo

    (ml)

    Volumen

    Agua

    (ml)

    Volumen

    Ac.Actico

    (ml)

    Peso

    Cloroformo

    (gr)

    Peso

    Agua

    (gr)

    Peso

    Ac.Actico

    (gr)

    Porcentaje

    Cloroformo

    (%)

    Porcentaje

    Agua

    (%)

    Porcentaje

    Ac.Actico

    (%)

    10 10 2

    10 10 5

    10 10 10

    FASE ACUOSA

    Volumen

    NaOH

    (ml)

    Concent.

    NaOH

    (M)

    Volumen

    Ac.Actico

    (ml)

    Peso

    Solucin

    (gr)

    Concent.

    Ac.Actico

    (M)

    Peso

    F-Acuosa

    (gr)

    Volumen

    F-Acuosa

    (ml)

    Peso

    F-Acuosa

    (gr)

    Porcentaje

    Ac.Actico

    (%)

    2

    2

    2

    FASE ORGNICA

    Volumen

    NaOH

    (ml)

    Concent.

    NaOH

    (M)

    Volumen

    Ac.Actico

    (ml)

    Peso

    Solucin

    (gr)

    Concent.

    Ac.Actico

    (M)

    Peso

    F-Orgnica

    (gr)

    Volumen

    F-Orgnica

    (ml)

    Peso

    F-Orgnica

    (gr)

    Porcentaje

    Ac.Actico

    (%)

    10 2

    10 2

    10 2

  • 10

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I

    Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

  • 11

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I

  • 12

    Recomendaciones

    Hay que ser muy cuidadoso al momento de utilizar el cido actico, debido a que este es muy

    voltil, as que para la obtencin de unos resultados ptimos es necesario que antes de verter

    la cantidad del cido en la bureta para la valoracin, la mezcla de acetato y de agua esta lista

    para titularse. Seria favorable para aumentar nuestros conocimiento de los comportamientos de sistemas de

    tres lquidos con un par parcialmente miscibles, trabajar a diferentes temperaturas, y as

    observar la variacin de la curva de solubilidad a una temperatura alta con respecto a una

    menor. Realizar experimentos con sistemas de tres lquidos con dos pares parcialmente solubles, dos

    lquidos parcialmente soluble y un slido y tres pares parcialmente solubles.

    ANEXO 1

    Tratamiento de datos: Consiste en obtener la curva de solubilidad y las lneas de unin y debe hacerse en forma

    paralela a la parte operativa. Ubique en el vrtice superior el 100% de cido actico, en el

    vrtice izquierdo el 100% de agua y en el derecho el 100% de cloroformo. Asegrese de

    comprender su significado y funcionamiento. Ubique en los lados correspondientes al punto

    que indica la concentracion en % m/m de la solucion de partida que acaba de preparar.

    Punto de saturacin en el sistema ternario:

    Pesar nuevamente el erlenmeyer con la solucin de cido actico en agua (o de cido actico

    en cloroformo). Titular la solucin de actico en agua con cloroformo (o bien la solucin de

    cido actico en cloroformo, con agua) vertiendo gota a gota desde una bureta de 10ml, con

    buena agitacin hasta un punto de turbidez permanente. Es el punto de saturacin del sistema ternario, a partir del cual se separan dos fases. Pesar nuevamente el erlenmeyer y calcular por

    diferencia la masa de cloroformo (o de agua) agregada hasta llegar a ese punto de saturacin.

    Calcular la nueva composicin porcentual del sistema.

    Registrar todos los datos en su tabla. Ubicar ese punto en el diagrama ternario.

    Recopilacin de datos:

    En cada repeticin del procedimiento descrito, cada alumno o grupo de alumnos habr

    determinado uno de los puntos que pertenecen a la curva de solubilidad del sistema

    aguacido actico-cloroformo a presin y temperatura constantes. Ubicando todos los datos

    experimentales en un grfico comn a todos los grupos, podr dibujarse la curva ms

    probable que separa en el diagrama las zonas de composiciones que resultan en una sola fase

    de aquellas que resultan en sistemas bifsicos. Cada grupo agregar a su propio diagrama ternario la curva lmite comn, indicando el nmero de fases en cada zona, las unidades de

    composicin en los ejes, y la temperatura y presin a la que fue realizada la experiencia (esto

    es, en la que el diagrama es aplicable).

  • 13

    Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    ANEXO 2: Clculos tpicos de la composicin de las mezclas de tres componentes.

    cido Actico:

    CH3COOH= 1.050 gr/ ml PMCH3COOH=

    60 gr/ mol

    Cloroformo:

    CHCl3= 1.48 gr/ ml PMCHCl3=

    119.4 gr/ mol

    Agua:

    H2O= 1.00 gr/ ml

    PMH2O= 18 gr/ mol

    Calculo de las lneas de Unin:

    Para la fase orgnica formada por cloroformo y agua

    Para la disolucin:

    nNaOH= [NaOH] * V

    si VNaOH = 5.4 ml = 0.0054 L

    nNaOH=

    Para la fase acuosa formada por agua y cloroformo:

    nNaOH= [NaOH] * V

    si VNaOH = 4.8 ml = 0.0048 L

    nNaOH=

  • 14

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I

    Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    las fracciones molares sern:

    Xfor= 0.47059

    Xfac= 0.52941

    Los porcentajes en peso sern: Disoluc in

    # 1:

  • 15

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I

  • REPORTES DE PRCTICAS DE LABORATORIO

    En equipo: 50% Cartula bien definida, destacando el ttulo completo de la prctica y nombres de alumnos

    que conforman el equipo. Objetivos que se persiguen en la prctica y una breve relacin de los pasos a seguir para

    lograrlos (no tiene que ver con el desarrollo experimental) ejemplo: relacin que se estudia,

    ecuacin que se aplica, etapas de que consta el trabajo. Introduccin (no copiar de la prctica ni de internet).

    Procedimiento experimental (diagramas con dibujos si son necesarios ) Grficas (si se

    piden o si son necesarias). Clculos y resultados (los necesarios y bien desarrollados) Diagramas (si son necesarios) Observaciones (deben redactarse solo en los casos en los que se haya producido un

    cambio significativo o dificultad en el desarrollo experimental, lo cual deber tenerse en

    cuenta al elaborar las conclusiones).

    Individual: 50% 1. Conclusiones IMPORTANTE

    las conclusiones debern ser redactadas de manera individual por cada estudiante, lo que permitir al

    mismo realizar un anlisis profundo de sus resultados. En las conclusiones deber tocarse los siguientes

    puntos (teniendo en cuenta las caractersticas propias de la prctica realizada). a. Correspondencia de los resultados obtenidos con los esperados o con valores tericos, si

    corresponden entre si, si son lgicos o no segn e procedimiento realizado. b. Informacin prctica o terica que brindan estos resultados. c. Si qued demostrado lo que se pretenda. d. Si los resultados no son apropiados, o no son los esperados, deben evaluarse las posibles

    causas que provocan estos resultados. e. Las conclusiones deben estar escritas a mano, en tinta y letra clara, evitando tachaduras y

    borrones o cualquier otra manifestacin de descuido en su presentacin. f. Las conclusiones debern ir al final del reporte en equipo y tener nombre y firma del alumno

    correspondiente. NO SE ACEPTAN CONCLUSIONES QUE:

    i. describan lo que se hizo en la prctica: ejemplo: primero se arranc la bomba de

    vaco luego se comenz a calentar el lquido en el hervidor luego eso

    NO es conclusin. ii. exponga lo que se aprendi en la prctica: ejemplo: en la prctica aprend a calcular

    el calor de vaporizacin. Eso NO es conclusin. iii. que sean prrafos de libros. Deben ser conclusiones de cada alumno no del

    libro. iv. que sean muy largas o muy cortas. (tres conclusiones como mnimo utilizando

    aproximadamente 1 cuartilla por las tres) v. que sean muy parecidas a las de los dems compaeros (redaccin)

    1. Los alumnos que presenten conclusiones que sean de ese estilo tendrn calificaciones

    reprobatorias y no se les podr tomar en cuenta otra conclusin de la misma prctica.

  • 2. Aquellos alumnos que presenten muy buenas conclusiones en la primer prctica y tengan calificaciones mayores del 95% se abstendrn de presentar conclusiones en las

    prcticas siguientes, no as tendrn que seguir ayudando a sus compaeros de equipo,

    tanto en la prctica y en los reportes de prcticas. 3. Se califica tambin la redaccin y ortografa.

    1

    Prctica 5: Equilibrio Lquido-Lquido: Sistemas Ternarios

    ORIENTACIONES PARA EL TRABAJO DEL LABORATORIO.

    Son de estricto cumplimiento las siguientes medidas y orientaciones: 1. Encontrarse en el rea de actividad de laboratorio a la hora indicada para su

    comienzo. 2. Haber estudiado previamente los aspectos tericos correspondientes y los pasos a

    seguir en la prctica, conociendo el motivo por el cual se realizar cada uno de ellos

    (se har un examen antes del comienzo de la prctica teniendo validez en la

    evaluacin final) aquella persona que no conteste correctamente no tendr derecho

    a realizar la prctica. 3. Traer las Hojas de Seguridad de los reactivos utilizados en la prctica (obligatorio

    haberlo ledo con anticipacin) 4. Entregar el informe correspondiente de la prctica anterior. 5. No portar anillos y otras prendas que puedan afectarse por contacto con cidos u

    otros reactivos. 6. Pedir permiso para abandonar el rea de laboratorio siempre y cuando haya un

    motivo justificado e impostergable para ello. 7. Permanecer en su puesto de trabajo durante la sesin de la prctica. 8. Mantener nicamente en la mesa de trabajo los materiales de laboratorio necesarios

    para realizar la prctica. 9. Minimizar condiciones de riesgo. 10. Dejar limpio y ordenado el puesto de trabajo una vez finalizada la prctica; y pedir

    inspeccin del profesor en turno. 11. Se prohbe fumar e ingerir alimentos durante la sesin de prctica. 12. Cumplir con todas las medidas de proteccin y seguridad en el laboratorio entre las

    que se encuentran: a. Utilizar bata de laboratorio. b. Utilizar lentes de seguridad. c. Utilizar mascarilla de seguridad cuando as se requiera. d. Evitar utilizar pupilentes mientras se realiza la prctica. e. Evitar que se derramen los reactivos sobre la mesa de trabajo. f. Evitar utilizar mas reactivo del necesario. g. Evitar pipetear reactivo de su envase original (evitar contaminaciones, en

    tal caso no vaciar mas reactivo del necesario en un vaso de precipitado) h. No pipetear con la boca. i. Informar al profesor en turno cuando haya ocurrido un accidente o

    incidente durante la prctica.

  • j. No conectar equipos elctricos sin la previa autorizacin del profesor corroborando siempre que el voltaje del equipo corresponda con el voltaje

    de la lnea a la cual se conecta. 13. Realizar un buen TRABAJO EN EQUIPO.

    PARA LA REALIZACIN DEL TRABAJO EN EL LABORATORIO ES NECESARIO:

    Papel toalla (1 rollo por equipo). Jabn (1 bolsa o envase por grupo) Guantes para lavar material (un par por equipo) Escobilln (3 diferentes tamaos por grupo (vaso de pp, pipeta, bureta, embudo, etc.)) Franela (1 por grupo) Guantes de Ltex (15 20 pares por grupo)

    Dra. Carmen Reza Laboratorio Termodinmica Qumica I 2

    INSTITUTO POLITCNICO NACIONALEQUILIBRIO DE FASES PARA SUSTANCIAS PURASEQUILIBRIO DE FASES PARA SUSTANCIAS PURASOBJETIVOSHIPTESISEQUILIBRIO DE FASES PARA SUSTANCIAS PURASLnPH vap 1C R T

    Material y equipoProcedimiento experimentalClculosConceptosDatos necesarios para clculos (tericos)

    INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

    PROPIEDADES MOLARES PARCIALESOBJETIVOSHIPTESISPROPIEDADES MOLARES PARCIALESDESARROLLO EXPERIMENTALMaterial y equipoProcedimiento experimental

    Datos necesarios para clculosVolumen Total. __________ mlClculosConceptosDatos necesarios para clculos (tericos)INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

    EQUILIBRIO LQUIDO-VAPOREQUILIBRIO NO IDEAL - AZETROPOSEQUILIDRIO NO IDEAL - AZETROPOSOBJETIVOSHIPTESISI. INTRODUCCIONEquilibrio lquido-vapor en mezclas azeotrpicasClculo de la concentracin de etanol utilizando ndices de refraccinMARGULESVAN LAARMaterial y equipoProcedimiento experimental

    ClculosEn equipo: 50%Individual: 50%

    INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

    EQUILIBRIO LQUIDO-LQUIDOSISTEMAS TERNARIOSSISTEMAS TERNARIOSOBJETIVOSPROPSITOHIPTESISI. INTRODUCCIONMaterial y reactivos

    CURVA DE SOLUBILIDADLNEAS DE UNINRecomendacionesANEXO 1REPORTES DE PRCTICAS DE LABORATORIO