UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA INGENIERIA INDUSTRIAL
PRÁCTICA N° 9
ESTUDIANTE: SERGIO HIDALGO ROJAS DOCENTE: BERNARDO LOPEZ GRUPO:
LUNES 12:00
COCHABAMBA - BOLIVIA
DIAGRAMA DE FASES 1. OBJETIVOS:
Objetivo General:
Realizar el diagrama de fases para un sistema binario y ternario. Objetivos específicos:
Calcular el número de moles de agua y fenol en la mezcla binaria. Determinar la fracción del agua, cloroformo y acido acético en el sistema ternario. Determinar la fracción del agua y fenol en el sistema binario. 2. FUNDA MENT O TEÓRICO:
Disolución
Una disolución (del latín disolutio) o solución es una mezcla homogénea, a nivel molecular de una o más especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. La disolución de un sólido supone la ruptura de los enlaces de la red cristalina y la consiguiente disgregación de sus componentes en el seno del líquido. Para que esto sea posible es necesario que se produzca una interacción de las moléculas del disolvente con las del soluto, que recibe el nombre genérico de solvatación. Cuando una sustancia sólida se sumerge en un disolvente apropiado, las moléculas (o iones) situadas en la superficie del sólido son rodeadas por las del disolvente; este proceso lleva consigo la liberación de una cierta cantidad de energía que se cede en parte a la red cristalina y permite a algunas de sus partículas componentes desprenderse de ella e incorporarse a la disolución. La repetición de este proceso produce, al cabo de un cierto tiempo, la disolución completa del sólido. En algunos casos, la energía liberada en el proceso de solvatación no es suficiente como para romper los enlaces en el cristal y, además, intercalar sus moléculas (o iones) entre las del disolvente, en contra de las fuerzas moleculares de éste. Mezclas Miscibles Y Mezclas Inmiscibles.-
En los compuestos orgánicos, el porcentaje del peso de la cadena de hidrocarburos con frecuencia determina la miscibilidad del compuesto con agua. Por ejemplo, entre los alcoholes, el etanol tiene dos átomos de carbono y es miscible con agua, mientras que el octanol (C 8H17) no lo es. Este es también el caso de los lípidos; las largas cadenas que caracterizan a los lípidos son la causa de que estos casi siempre sean inmiscibles con agua. Algo similar ocurre con otros grupos funcionales. El ácido acético es miscible con agua, y en la situación contraria se encuentra el ácido valérico (C 4H9CO2H). Los aldehídos simples y las cetonas tienden a ser miscibles con agua, ya que un puente de hidrógeno se
puede formar entre el átomo de hidrógeno de una molécula de agua y el par de electrones del átomo de oxígeno carbonilo. Miscibilidad es un término usado en química que se refiere a la propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando una solución homogénea. En principio, el término es también aplicado a otras fases (sólidos, gases), pero se emplea más a menudo para referirse a la solubilidad de un líquido en otro. El agua y el etanol, por ejemplo, son miscibles en cualquier proporción. Por el contrario, se dice que las sustancias son inmiscibles sí en ninguna proporción son capaces de formar una fase homogénea. Por ejemplo, el éter etílico es en cierta medida soluble en agua, pero a estos dos solventes no se les considera miscibles dado que no son solubles en todas las proporciones. 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 se puede sobrepasarla, 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 disolvente. 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 estos 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. Entonces para que sea soluble en éter etílico ha de tener escasa polaridad, es decir no ha de tener más de un grupo polar el compuesto. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados. 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. Regla De Fases De Gibbs (Fases, Componentes Y Grados De Libertad)
La coexistencia de dos fases en equilibrio implica la condición μα (T,p) = μβ (T,p),
lo cual significa que las dos variables intensivas, requeridas ordinariamente para describir el estado de un sistema, no son independientes entre si, sino que están relacionadas. Debido a esta relación se necesito sólo una variable intensiva, la temperatura o la presión, para describir el estado del sistema. El sistema tiene un grado de libertad o es univariante, mientras que cuando sólo una fase está presente se necesitan dos variables y el sistema tiene dos grados de libertad o es bivariante. Si están presentes tres fases, entre T y p existen dos relaciones:
μα (T, p) = μ β (T, p),
μα (T, p) = μ y (T, p),
Esas dos relaciones determinan completamente a T y p. No se necesita otra información para la descripción del estado del sistema. Un sistema como éste es invariante, no tiene grados de libertad. La tabla 12.1 muestra la relación entre el número de grados de libertad y el número de fases presentes para un sistema con un componente. La tabla sugiere una regla que relaciona los grados de libertad, F, con el número de fases, P, presente.En un sistema de una componente, C=1, por tanto, F= 3 – P. Este resultado es, por supuesto, el mismo que el de la ecuación (12.25), obtenido al examinar la tabla 12.1. La ecuación 12.25 muestra que l máximo número de fases que pueden coexistir en equilibrio en un sistema de un solo componente es tres. En el sistema del azufre, por ejemplo, no es posible que puedan coexistir en equilibrio los estados rómbico, monoclínico, líquido y gaseoso. Este equilibrio cuádruplo implicaría tres condiciones independientes para dos variables, lo cual es imposible. Para un sistema de un solo componente puede deducirse, como se hizo en la tabla 12.1, las consecuencias de la regla de las fases con bastante facilidad. Los equilibrios se representan por líneas y sus intersecciones, en un diagrama bidimensional del tipo que hemos utilizado en este capítulo. Parece que no es necesario tener la regla de las fases para tal situación. Sin embargo, si un sistema posee dos componentes, entonces se requieren tres variables y el diagrama de fases consiste en superficies y sus intersecciones en tres dimensiones. Si están presentes tres componentes, se requieren superficies en cuatro dimensiones. La visualización completa de este caso es difícil en tres dimensiones e imposible en cuatro o más dimensiones. La regla de las fases, con su exquisita sencillez, expresa las limitaciones sobre las intersecciones de las superficies en estos espacios multidimensionales. Por esta razón, la regla de las fases de Gibbs se encuentra entre las más grandes generalizaciones de la ciencia física.
3. MATERIALES Y REACTIVOS:
Tubos de ensayo Pipetas Vasos precipitados Hornilla Termómetro Balanza digital Fenol Agua y Agua destilada Cloroformo Ácido acético
4. PROCEDIMIENTOS:
Sistema binario: Fenol y agua.
1. En seis tubos de ensayo introducir 0.2 g de fenol, a cada tubo de ensayo introducir un volumen diferente de agua. 2. Calentar un tubo de ensayo en un baño maría y tomar la temperatura a la cual la mezcla se clarifica, esa temperatura corresponde a la temperatura de de clarificación. 3. Sacar el tubo de ensayo del baño maría y dejarlo enfriar. Tomar la temperatura a la cual el líquido se enturbia, esa temperatura corresponde a la temperatura de turbidez. 4. Realizar los pasos 2 y 3 para los seis tubos de ensayo. 5. Determinar las fracciones molares del agua y fenol y realizar la grafica de Temperatura versus fracción. Sistema ternario: Cloroformo, ácido acético y agua.
1. En seis tubos de ensayo introducir cantidades diferentes de cloroformo y ácido acético en proporciones que van desde 0.2ml hasta 1.2ml y desde 1.2 ml hasta 0.2ml respectivamente. 2. A cada uno de los tubos de ensayo, agregar a través de una bureta agua destilada gota a gota hasta que la solución presente una turbidez. 3. Anotar el volumen gastado de agua que se agregó a cada tubo de ensayo. 4. Determinar las fracciones de cloroformo, ácido acético y agua en la mezcla ternaria 5. Realizar un diagrama ternario considerando las fracciones molares de los tres componentes en cada tubo de ensayo.
5. CÁLCULOS Y RESULTADOS: , [⁄ ]
Sistema binario: Fenol y agua.
Cuadro 1: n
1 2 3 4 5
2
n fenol mol
n H O mol
X fenol
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
0.002128 0.002128 0.002128 0.002128 0.002128
0.055396 0.066475 0.077554 0.088634 0.099713
0.036993 0.031019 0.026706 0.023446 0.020895
m fenol g V H O ml
0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
2
X H
2O
0.963007 0.968981 0.973294 0.976554 0.979105
T claridad C
T turbidez C
63 62 57 60 61
53 54 51 50 51
Sistema ternario: Cloroformo, ácido acético y agua. [⁄] [⁄]
Cuadro 2: n V CHCl ml V ac.acético ml V H O ml
nCHCl mol
nac.acéticomol
n H O mol
1 2 3 4 5 6
0.004930 0.007395 0.009860 0.012325 0.014790 0.017255
0.0245 0.0210 0.0175 0.0140 0.0105 0.0070
0.060936 0.049856 0.072015 0.055396 0.038777 0.033238
3
2
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4
X CHCl
X ac .acético
0.054556 0.094504 0.099220 0.150818 0.230852 0.300123
0.271120 0.268367 0.176101 0.171314 0.163891 0.121754
3
1.1 0.9 1.3 1.0 0.7 0.6
X H
2O
0.674324 0.637129 0.724679 0.677868 0.605257 0.578123
3
2
6. CONCLUSIONES:
En conclusion para algunas sustancias donde la presión en el punto triple es mayor que 1 atm, la presión atmosférica, cae por debajo del punto triple y pasa por lo tanto directamente de la región sólida a la de vapor sin interceptar la región líquida. A presión atmosférica estas sustancias no se licúan sino que se vaporizan directamente desde la fase sólida (sublimación) y sólo pueden existir en la fase líquida a presiones suficientemente altas.
7. B IBL IOGRA FÍA :
1. www.google.com 2. HTTP://CIPRES.CEC.UCHILE.CL/~CDOLZ/ 3. CASTELLAN, G. FISICOQUÍMICA. FONDO EDUCATIVO INTERAMERICANO, MÉXICO, 1976. 835 P. 56-89.
