OBJETIVOS. Determ Determinar inar en forma forma experi experiment mental al la composi composició ción n y la temperat temperatura ura eutéctica de una mezcla compuesta por fenol y naftaleno.
FUNDAMENTO TEORICO. Si mezc mezcla lamo mos s dos dos sust sustan anci cias as en prop propor orci cio ones nes dete deterrmina minada das s y calentamos la mezcla hasta una temperatura alta, en la mayoría de los casos se forma un líquido completamente uniforme que representa la solución de un componente en otro. Algunos sistemas dan dos capas líquidas de las soluciones mutuamente saturadas, y solo pocas se dan completamente inmiscibles. o dicho se re!ere a sustancias que no se descomponen hasta la temperatura de fusión. Si enfriamos tal solución esta empieza a cristalizarse a cierta temperatura, puesto que la solubilidad de las sustancias, como regla, disminuye al descender la temperatura. "l car#cter y cantidad de las sust sustan anc cias ias precip ecipiitan tando se con condicio icion na por la natu aturalez aleza a y las correlaciones cuantitati$as de los componentes en la solución. Al igual que en cualquier proceso de cristalización, aquí se desprender# el calor de cristalización, el cual in%uye en la $elocidad de enfriamiento de la solución. Si una solución líquida de dos sustancias A y & se enfría a temperaturas su!cie su!cient nte e mente mente ba'as, ba'as, apar aparece ecer# r# un sólido sólido.. "sta "sta tempe temperat ratur ura a es el punto de congelación de la solución y depende de la composición, y se representa mediante la siguiente ecuación( ln X A
=−
∆ H f . A R
1 1 • − T T f . A
)*+
donde( A ∆-f.A f.A /
( ( ( ( (
fracción molar de la sustancia A "ntalpía de fusión de la sustancia A emperatura de fusión de la sustancia A pura emperatura emperatura de congelación congelación de de A en la solución solución 0onstante uni$ersal de los gases ses
a ecuación )*+ relaciona la temperatura de congelación de la solución con la fracción molar de A. "n esta ecuación se supone que el sólido A puro est# en equilibrio con la solución líquida ideal.
1n diagrama de la anterior ecuación representa una cur$a decreciente a la cual se denomina curva de congelación de la sustancia A . os puntos por encima de la cur$a representan estados líquidos del sistema, los puntos situados por deba'o de la misma representan estados en los cuales el sólido A puro coexiste con la solución. "sta cur$a no puede representar la situación del sistema en todo el inter$alo de composición. "n la medida en que la fracción molar de la sustancia & tienda a uno, es de esperar que precipite el sólido & por encima de las temperaturas indicadas por la cur$a en esta región. Si la solución es ideal, la misma ley es $#lida para la sustancia &( ln X B
=−
∆ H f . B R
1 1 • − T T f . B
)2+
"sta 3ltima ecuación representa la cur$a de congelación de la sustancia &. as cur$as de congelación de A y de & se interceptan a una temperatura " , denominada temperatura eutéctica 4 y a una composición " denominada composición del eutéctico.
ANÁLISIS TERMICO."l an#lisis térmico es un método para determinar experimentalmente las temperaturas de congelación. "ste método consiste en calentar una mezcla de composición conocida hasta una temperatura lo su!cientemente alta como para homogeneizar la solución. uego se enfría a una rapidez regulada. Si colocamos la temperatura en e'e de las ordenadas y el tiempo en el e'e de las abcisas, se obtienen las cur$as que ilustran el proceso de enfriamiento para $arias composiciones de un sistema A5&, lo cual podemos $isualizar en el siguiente gr#!co( T e m p e r a t u r a
a
Tiempo (s)
b
c
d e
as formas de estas cur$as ser#n en sumo grado características tanto para las sustancias puras como para sus mezclas de distintas concentraciones. 0uando se funde una mezcla compuesta de A y &, al principio la temperatura descender# regularmente hasta alcanzar el punto de fusión de la solución en la que el líquido se satura con A. a cristalización de A pro$oca una disminución en la $elocidad de enfriamiento. A su $ez la concentración de & en la solución $a aumentando y el punto de congelación no permanece constante, sino que desciende. 0on el tiempo la solución se satura con respecto a &, y se forman cristales de A y & 4 la temperatura permanece constante, ese es el Punto Eutéctico.
Solución Líquida
TfB Solución
TfA
Saturada de B
Solución
TE
+
Saturada de A +
Sólido B
Sólido A
Sólido A + Sólido B
A 1!
XE
B 1!
Durante el proceso de cristalización, en función de la composición de la mezcla, pueden precipitarse dos componentes sólidos puros o las soluciones sólidas. as cur$as que expresan la $ariación de temperaturas de cristalización y de fusión con la composición de un sistema dado se conocen como diagramas de fusión.
APARATOS Y REACTIVOS. 6 7asos de precipitado de 899 ml • 8 ubos de ensayo con tapones. • * :radilla. • 6 -ornillas eléctricas. 6 ermómetros de ; *9 # **9 < 0.
7idrio /elo'. • "sp#tula. • 6 =inzas de madera. 2e3ar enfriar lentamente la • &alanza analítica digital masa f undida • >enol • ?aftaleno
•
•
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Anotar la Temperatura cada * se0undos
"#"$"%
#%
4La temperatura esta &reparar me'clas alconstante5 1 * , -! en peso de naftaleno. El resto ser/ fenol. El peso S" total de las me'clas debe ser 0. Anotar la TE6&E7AT87A E8TE$T"$A
$alentar la muestra correspondiente asta que funda. Enfriar asta la temperatura mas ba3a posible
#%
4Se repitió el procedimiento con todas las me'clas5
S" 9"#
ANÁLISIS DE DATOS. 0#lculos para la preparación de las @ezclas(
Solución al *9 de ?aftaleno( 8 g Sol ?aftaleno *99 g Sol
x
*9 g ?aftaleno puro
B
9.89 g
C.89 g >enol
Solución al 29 de ?aftaleno( 8 g Sol ?aftaleno *99 g Sol
x
29 g ?aftaleno puro
B
*.99 g
B
*.89 g
C.99 g >enol
Solución al 69 de ?aftaleno( 8 g Sol ?aftaleno *99 g Sol
x
69 g ?aftaleno puro 6.89 g >enol
Solución al 89 de ?aftaleno( 8 g Sol ?aftaleno *99 g Sol
x
89 g ?aftaleno puro
B 2.99 g
6.99 g >enol
Solución al 9 de ?aftaleno( 8 g Sol ?aftaleno *99 g Sol
x
9 g ?aftaleno puro *.89 g >enol
B 6.89 g
iempo FsegG 9 29 C9 H9 I9 *99 *29 *C9 *H9 *I9 299 229 2C9 2H9 2I9 699 629 6C9 6H9 6I9 C99 C29 CC9 CH9 CI9 899 829 8C9 8H9 8I9 H99 H29
D A E S emperat emperat emperat emperat emperat uras uras uras uras uras @ezcla A @ezcla & @ezcla 0 @ezcla D @ezcla " F°0G F°0G F°0G F°0G F°0G 8C.8 8.8 88 * HH 86 8H 86 HI H8 82 8C 82 H HC.8 89 82 89.8 H8 H6.8 CI.8 8* 89 H6 H6 C.8 CJ CI.8 H* H2.8 CH C.8 C 8J H* C8 CH CH 8I 8J.8 CC C8 C8 8 8I K C6 CC C6.8 K 8H 88 C2 C6 C2.8 88 82 C* C* C* 8C K CJ C9 6I C9 86 C8 6J 6H 6J.8 82 C6 6I 68 K 68 8*.8 6J 6 2J 6* 89.8 6C.8 68 28 69 CJ 69 6* K 2C.8 2J C 2 28 2C 2I C8 28.8 2C 26.8 2.8 C2 2C.8 26 26 2 C9 2C.8 22.8 22.8 2H 6I 2C 22 22 28.8 68 2C 22 22 28 66 2C 22 22 2C.8 69 22 2*.8 2C 2J 2C 2I 26.8 2.8 26 2H.8 22.8 28 22 2C.8 2C
Determine los puntos de congelación y la temperatura eutéctica.
a temperatura eutéctica registrada en laboratorio Te
Te
22 =
=
+
21.5 + 22 + 24 + 24 5
[
]
22.7 º C
os puntos de congelación registrados en el laboratorio son( =ara *9 B 6* < 0 =ara 29 B 68 < 0 =ara 69 B C6.8 < 0 =ara 89 B 8C < 0 =ara 9 B 8I < 0 >racciones molares( 9.8 g naft. x * mol naft. *2I g naft.
B 9.996J mol naft.
)&+
C.8 g fenol x * mol fenol JC g fenol
B 9.9CI mol fenol
)A+
n B 9.98*
A B 9.J2C
& B 9.9H
De la misma forma calculamos para el resto de las muestras( n B 9.9896
A B 9.ICC
& B 9.*88
n B 9.9CI
A B 9.8J
& B 9.2C*
n B 9.9C8
A B 9.H*
& B 9.62I
n B 9.9C62
A B 9.6HI
& B 9.H62
7alores teóricos de entalpías y puntos de fusión ∆-fA B
22I.I2 calLmol
A B C9.J2 <0 B 6*C
∆-f& B
66IC calLmol
& B I9 <0 B 686
Si despe'amos la temperatura de fusión la mezcla, tenemos( * B 5 ln i N / O * . ∆ -! i /eemplazando $alores para cada una de las composiciones, tenemos( >racción fusión de molar de A en la A mezcla
>racción fusión de molar de & en la & mezcla
9.J2C
6*2.8
9.9H
262.9H
9.ICC
696.96
9.*8H
288.*9
9.8J
2J8.IH
9.2C*
22.H6
9.H*
2II.*I
9.62J
2IH.JC
9.6HI
288.8
9.H62
622.6
7alores medidos experimentalmente( 0omposición eutéctica en porcenta'e en peso( naftaleno+
)de
emperatura eutéctica( 22. <0 7alores calculados teóricamente( 0omposición eutéctica en fracción molar( 9.2I )de naftaleno+ emperatura eutéctica( 26.I2
Calcular la varianza del sistema en todas las áreas, líneas en el !unto eut"ctico.
1
TfB
:
TfA
*
TE
&
A 1!
XE
;
B 1!
A#EA $ > B * 0 B 2 7 B 0 5 > O* 7 B 2 5 * O *
A =resión constante
% & '
Se necesitan dos $ariables intensi$as para de!nir el sistema, estas son la temperatura y una composición
A#EA ' > B 2 0 B 2 7 B 0 5 > O* 7 B 2 5 2 O *
A presión constante
% & $
Sólo se necesita una $ariable intensi$a para de!nir el sistema, esta es la temperatura o una composición.
A#EA 6
> B 2 0 B 2 7 B 0 5 > O* 7 B 2 5 2 O * 7 B *
A presión constante
Sólo se necesita una $ariable intensi$a para de!nir el sistema, esta es la temperatura o una composición.
()NTO C
)sobre la línea de unión+
> B 2 0 B 2 7 B 0 5 > O* 7 B 2 5 2 O * 7 B *
A presión constante
Sólo se necesita una $ariable intensi$a para de!nir el sistema, esta es solo una composición.
()NTO 8
)sobre un costado del diagrama+
> B * 0 B * 7 B 0 5 > O* 7 B * 5 * O * 7 B *
A presión constante
Sólo se necesita una $ariable intensi$a para de!nir el sistema, esta es solo la temperatura.
()NTO H > B 2 0 B 2
)sobre la base del diagrama+
7 B 0 5 > O* 7 B 2 5 2 O * 7 B *
A presión constante
Sólo se necesita una $ariable intensi$a para de!nir el sistema, esta es solo una composición.
()NTO E)TECTICO > B 6 0 B 2 7 B 0 5 > O* 7 B 2 5 6 O * 7 B 9
A presión constante
?o se necesita ninguna $ariable intensi$a puesto qu el punto eutéctico es un punto ya de!nido en el diagrama. 7B 6; >
7B6;2 4
7B*
"n el #rea P coexisten el sólido A pr#cticamente puro y la mezcla líquida, por lo tanto > B 2. 7 B 6 ; > 47 B 6 ; 2
7B*
"n el #rea PP coexisten el sólido & pr#cticamente puro y la mezcla líquida, por lo tanto > B 2. 7 B 6 ; > 47 B 6 ; 2
7B*
"l #rea PPP se encuentra a una temperatura por deba'o de la temperatura eutéctica, por lo tanto existen dos fases sólidas( 7 B 6 ; > 47 B 6 ; 2
7B*
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES. •
"l ob'eti$o de la pr#ctica fue cumplido con éxito, ya que se pudieron hallar tanto la temperatura eutéctica como la composición del eutéctico.
•
?o se cuenta con un dato bibliogr#!co para la comparación de resultados.
•
Se tu$o un poco de di!cultades al realizar las mezclas de feno ; naftaleno, ya que la inexperiencia en el mane'o de los materiales no permitió que las cantidades pesadas entrasen completamente dentro de los tubos de ensayo )tu$imos pérdidas pequeQas+, lo cual podría lle$arnos a un error signi!cati$o.
BIBLIOGRAFIA. 0AS"A? AMP?S :1PA D" "="/P@"?ES
R>isicoquimica R>isicoquimica T@0529H
Grafica T - t ( 10% Fenol ) 60
8C,8 86 82
50
89 CI,8 CD,8 CH C8 CC C6 C2 C*
40
C9 6J 6I 6D
68
) c ( T a r 30 u t a r e p m e T
6*
28 2C 26
22,8 22 22 22
22
20
10
0 0
50
100
150
200
250
300
350
Tiempo t (s)
400
450
500
550
Grafico T - t ( 20% Fenol )
70
60 8D,8 8H
8C
82 8*
50 CJ CD,8 CH C8 CC C6 C*
40
) c ( T a r u t a r e p m e 30 T
6I
6H 68
2J
28
2C,8
2C
26,8 26
22,8 22 22
22
2*,8
20
10
0 0
50
100
150
200
250
300
Tiempo t (s)
350
400
450
500
550
Grafico T - t (30% Fenol) 60
88
86 82 89,8 89
50
CI,8 CD CH C8 C6,8 C2,8 C*
40
C9 6J,8
68
) c ( T a r u t 30 a r e p m e T
6* 69 2J 2I
2D,8 2D 2H 28,8 28 2C,8 2C 2C 26,8 26 22,8 22
20
10
0 0
5 0 1 00 1 50 2 00 2 50 3 00 35 0 4 00 4 50 5 00 5 50 6 00 6 50
Tiempo t (s)
Grafico T - t (50% Fenol ) 80
D*
70 HI HD H8 H6 H*
60 8J 8I 8D 8H 88 8C 86 82
8*,8 89,8
50
CJ CD
) c ( T a r u t 40 a r e p m e T
C8
C2 C9 6I
68 66
30
69 2J 2I
2D,8 2H,8 28
2C,8 2C
20
10
0 0
100
200
300
400
Tiempo t (s)
500
600
700
Grafico T - t
( 70% Fenol )
70
HH H8
HC,8 H6,8
H6
H2,8 H*
60
8J,8 8I
88
82
50 CJ
C8
C6
40 6J
) c ( T a r u t a r e 30 p m e T
6C,8
69
2D 28,8 2C,82C,8
2C
2C
2C
20
10
0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
