EQUILIBRIO LIQUIDO-LIQUIDO DE UN SISTEMA TERNARIO CON UN PAR PARCIALMENTE MISCIBLE Autores: Colina C.; Mendoza Y.; Naranjo G.; Romero E.; Departamento de Química Unidad Curricular Fisicoquímica Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda Punto fijo, 2 septiembre de 2009
RESUMEN: Un diagrama de fases triangular, basado en las propiedades de los triángulos equiláteros, asegura que esta propiedad se cumpla automáticamente. Esto se debe a que la suma de las distancias a un punto inferior del triángulo es igual a la longitud del lado del triángulo, que se puede considerar de longitud unitaria. Si las fracciones molares de los tres componentes se representan por esas tres distancias, entonces un sistema de cualquier composición se puede representar por un solo punto.
La curva binodal , es la curva de solubilidad que determina el límite entre la mezcla homogénea/heterogénea. La región que se encuentra por encima de la curva es una zona de una fase. En un punto contenido en la región bajo esta curva, el sistema está constituido por dos fases líquidas en equilibrio. Las líneas de esta región son líneas de conjunción (líneas de conexión o de enlace) cuyos extremos dan las composiciones de las dos fases en equilibrio. La forma y posición de esta curva varía con la temperatura.
Palabras clave: binodal, diagrama, equilibrio, fases
INTRODUCCION Un
sistema
componente representado en dicho ternario
suele
vértice.
representarse normalmente mediante
En esta práctica se abarcaran
un diagrama triangular, en el cual
las
cada vértice representa el 100% del
sistema de tres componentes como lo
relaciones
de
solubilidad
del
son el acetato de etilo - ácido acético-
agua, se trazara el diagrama de
embudo de separación y se agitara;
equilibrio y se construirá la curva de
se separan las capas formadas, a
solubilidad
continuación se tomara una alícuota
El procedimiento experimental a llevarse a cabo para lograr cumplir los
objetivos
anteriormente
de cada disolución y se titularan con una base fuerte, en este caso, hidróxido de sodio.
planteados se dividen en dos partes,
De
igual
observarse
curva
10
líquidos parcialmente miscible y la
alícuotas que contengan de 10-90 %
turbidez de las mismas (2 fases)
de acetato de etilo en agua y se
cuando se mezclan, alcanzando una
titularan con ácido acético glacial y a
sola fase cuando se le agrega el otro
partir del punto final de la titulación se
componente
calculara
se
cada
preparan
los
%
de
composiciones en peso, con ellas se trazara la curva de solubilidad. La segunda parte (construcción de las líneas de unión) se preparan cuatro disoluciones
con
cantidades
conocidas de acetato de etilo, ácido acético y agua, se colocaran en un
Los
presencia
puede
la primera parte, (construcción de la binodal),
la
forma
diagramas
de
de
dos
líquidos
ternarios son de considerable valor en
problemas
de
separación
y
extracción con solventes y gracias a ellos
es
posible
deducir
si
la
separación buscada puede realizarse y en cuales condiciones de operación para lograr resultados óptimos
MÉTODO EXPERIMENTAL Parte A: Construcción de la Curva Binodal INICIO
Se pesan los Erlenmeyer, se preparan las alícuotas de 10 gr, con soluciones que tengan Acetato de Etilo y Agua
10% en peso; 1gr de Acetato de Etilo y 9gr de Agua; 20% en peso 2gr de Acetato de Etilo y 8gr de Agua y así sucesivamente hasta llegar a 90% en peso 9gr de Acetato de Etilo y 1gr de Agua.
Una de las dos capas formadas
Se le agrega a cada muestra
se ira desapareciendo
Acido Acético empleando la
notándose una disminución de
bureta hasta que desaparezca la
volumen, cuando desaparece la
turbidez, se debe agitar
turbidez es el punto final.
continuamente hasta que la solución de torne cristalina .
Se calculan los %en peso y fracciones molares de cada disolución en el punto final .
Fin
Parte B: Construcción de las Líneas de Unión Se preparan cuatro
En la disolución N°1 contiene
disoluciones con
0.7gr. De Acetato de Etilo, 10gr
alícuotas de 20gr. De
de Acido Acético y 9.3gr de
las mezclas con
Agua en la N°2: 1.4gr de
Acetato de Etilo-Acido
Acetato, 9.3gr de Acido y 9.3gr
Acético-Agua
Cada solución se coloca en
En la disolución N°3 contiene
un embudo de separación y
2.7gr de Acetato de Etilo,
se agita suavemente durante
8.7gr de Acido Acético y 8.6gr
dos minutos. Se formaran
de Agua. Y la N°4 contiene
dos capas (orgánica y
4gr de Acetato, 8gr de Acido
acuosa )
y 8gr de Agua.
En la separación de las
De las fases acuosas
fases se toman tres vasos
correspondiente a cada solución,
en los que se colocan en
se toman alícuotas de 2ml y se
cada uno por separado la
toma las fases orgánicas, todas
fase acuosa, orgánica y la
se titulan con NaOH 0.4M, con
mezcla
presencia de fenolftaleína como indicador.
Después se determina el FIN
porcentaje en peso del Acido Acético en cada fase .
RESULTADOS EXPERIMENTALES Parte A Tabla 1. Peso de cada erlenmeyer antes y después de la titulación.
Alícuota
Peso Erlenmeyer(g)
1
60,82
Titulación con acido acético(ml) 2,7
2
53,58
2,9
66,30
3
33,25
2
44,21
4
31,45
3,2
44,83
5
31,12
2,7
42,7
6
31,15
3,7
45,20
7
78,36
2,9
91.58
8
93,36
2.5
106,09
9
83,80
3,3
96,49
Tabla 2. ml del acetato y agua agregados a los erlenmeyer ml de acetato
ml de agua
1.1
9
2.2
8
3.3
7
4.4
6
5.6
5
6.7
4
7.8
3
8.9
2
10
1
Peso final de la muestra(g) 73,77
Tabla 3. Peso en g de los compuestos de la mezcla
Gramos de acetato
Gramos de agua
Gramos de acido
Peso total en gramos
1
9
2,84
12,84
2
8
3,05
13,05
3
7
2,1
12,1
4
6
3,36
13,36
5
5
2,84
12,84
6
4
3,89
13,89
7
3
3,05
13,05
8
2
2,63
12,63
9
1
3,47
13,47
Tabla 4. % en peso de los compuestos de la mezcla Acetato
Agua
Alcohol acético glacial
7,79
70,12
22,09
15,33
61,33
23,34
24,79
57,85
17,35
29.94
44,91
25,14
38,96
38,06
22,09
43,21
28,81
27.88
53,66
23
23,34
63,36
15,84
20.79
66,84
74,3
25,73
Parte B Tabla 1 alícuotas de 20g de mezcla y las composiciones del mismo en %peso de los compuestos presentes
Mezcla
Acetato de etilo ( % peso)
Acido acético (% peso)
Agua (% peso)
1
50
3.5
46.5
2
46.5
7
46.5
3
43.5
13.5
43
4
40
20
40
Tabla 2 alícuotas de 20g de mezcla de concentración conocida
Mezcla numero
1
2
3
4
masa masa de masa de de acido agua acetato acético (g) de etilo (g) (g) 10
9.3
8.7
8
0.7
1.4
2.7
4
9.3
9.3
8.6
8
Capa
Peso de Mezcla en (g)
Vol. de NaOH gastado (ml)
Acuosa
9,39
3,6
Orgánica
8.99
3,1
Acuosa
10,58
8,6
Orgánica
9,06
6,35
Acuosa
8,18
11.8
Orgánica
10,49
10,8
Acuosa
8,47
18
Orgánica
9,29
17,4
Tabla 3. Volúmenes de agua, acetato y acido y peso de las capas
Mezcla numero
Vol. de acido acético (ml) 0.70
Vol. de agua(ml)
1
Vol. de acetato de etilo(ml) 11.09
2
10.3
1.33
9.3
3
9.64
2.57
8.6
4
8.87
3.81
8
Tabla 4. Pesos de cada capa Muestras 1
2
3
4
Capa Acuosa
Peso de las capas(g)
Orgánica
8.99
Acuosa
10,58
Orgánica
9,06
Acuosa
8,18
Orgánica
10,49
Acuosa
8,47
Orgánica
9,29
9,39
9.3
Tabla 5. Porcentaje de acido en la fase acuosa y orgánica Muestras 1
Capa Acuosa Orgánica Acuosa Orgánica Acuosa Orgánica Acuosa Orgánica
2 3 4
% 0,01 3,82 1,86 6,59 2,11 8,62 2,6 18,48
DISCUSIÓN DE RESULTADOS No
hay
resultados
seguridad
de
obtenidos
que sean
cantidades es decir, la capa acuosa los los
óptimos debido a problemas en el laboratorio, debido a mala titulación y a la adición de una mayor cantidad de reactivos
con
respecto
establecido teóricamente,
a
lo
todo esto
influyo para que los resultados tanto experimentales como calculados no sean 100% fiables.
arrastro algunas trazas de solución orgánica eso por la buena solubilidad que tiene el acetato en el agua. Los resultados se pudo apreciar en forma de la gráfica del diagrama ternario del sistema, acido acético glacial, acetato de etilo y agua, se deduce que es un sistema de tres líquidos donde un par de
ellos
presentan
miscibilidad
parcial. La curva binodal mostrada en dicho
diagrama
indica
que
toda
Sin embargo durante la práctica si se
composición
logro visualizar la aparición de 2
dentro de ella dará una formación de
capas, una orgánica la cual contenía
dos capas saturadas, una acuosa y
el acetato de etilo y el acido acético y
otra
una acuosa donde se encontraba
disoluciones ternarias conjugadas.
agua
y
acido,
pero
según
los
resultados obtenidos, la capa acuosa también tenia presencia de solución orgánica,
pero
en
pequeñas
Es
que
orgánica,
importante
esta
contenida
formando
resaltar
unas
que
la
titulación de ambas capas se realizo con hidróxido de sodio(NaOH) debido
a que estas por ser acido débil
Toda composición que este
requieren una base fuerte como lo es
fuera de la curva binodal dará una
el hidróxido, de igual forma se utilizo
disolución homogénea de los tres
con la finalidad de extraer el acido
líquidos,
presente
tanto de la fase acuosa
establece que para definir el sistema
como en la orgánica, Se utilizo como
en este caso serian necesarios dos
indicador la fenolftaleína debido a que
grados de libertad, y como la presión
el
en
fue constante y no ocurrió ninguna
titilaciones acido-base y al llegar a su
forma de calentamiento se puede
punto final se observa claramente el
afirmar entonces que el experimento
lapso básico (pH>7) y un color rojizo
fue isotérmico (no tomando en cuenta
o purpura
pequeñas
mismo
es
muy
utilizado
Las líneas de unión inscritas dentro de la curva binodal tienes pendientes distintas, no horizontales, tal como se aprecia. Este comportamiento era de esperarse debido al aumento de las
la
regla
de
las
variaciones
temperatura
fases
de
ambiente).
la Sera
necesario conocer la composición de dos componentes y automáticamente la tercera composición será conocida por diferencia.
solubilidades mutuas del acetato de
Si aplicamos la regla de las
etilo y el agua en presencia del acido
fases dentro de la curva binodal, se
acético glacial.
obtiene que sea necesario solo un
Las líneas de unión también reflejan que el agua presenta una mayor solubilidad en el acido que el acetato de etilo en
el acido. Esto
debido a las características mutuas que el acido y el agua poseen que incluye
grado de libertad, esto es debido a que
hay
dos
fases.
Fijando
la
composición de uno de los tres líquidos, quedara definido el sistema, gracias a las líneas de unión. El punto máximo de la curva
por ejemplo que ambos
binodal, difiere del punto de pliegue,
compuestos son polares y poseen
lo cual se explica por la ley de
puentes de hidrogeno.
distribución ya que la naturaleza de
las
dos
capas
no
permanece
constante.
por
acido
grados de libertad.
acético
RECOMENDACIONES
agua, forma sistemas con un
Al momento de realizar dicha
par
práctica se deben tomar las
de
ellos
parcialmente
miscibles, en este caso en el
siguientes recomendaciones:
acetato y el agua. La mezcla de los tres líquidos forman disoluciones conjugadas,
es
decir,
la persona que esta trabajando en el laboratorio.
fase liquida. debajo
y
liquidas
sobre todo con el acido acético
insolubles
que es corrosivo.
saturadas de composiciones
en equilibrio. Las
líneas
que
composiciones
en
unen
las
equilibrio
son las denominadas líneas de unión.
Tener sumo cuidado cuando se trabaja con los compuestos
dentro de la curva forma dos fases
Utilizar todos los implementos de seguridad para la salud de
solución homogénea de una
por
y
mismos.
de la curva binodal, será una
mezcla
instrumentos
cualquier accidente con los
otra orgánica.
Una
los
equipos a utilizar para evitar
dos
Por encima del punto máximo
Tener un buen manejo de todos
ternarias
capas saturadas, una acuosa y
libertad
por encima de esta es de dos
glacial, el acetato de etilo y
de
binodal es de uno, en cambio
El sistema de tres líquidos formado
grados
necesarios dentro de la curva
CONCLUSIONES
Los
El acido acético es muy volátil entonces se recomienda que para la obtención de unos resultados
óptimos
es
necesario que antes de verter la cantidad del acido en la
bureta para la valoración, la
precipitado y entonces tendría
mezcla de acetato y agua este
que adicionarle otra vez los
lista para titularse.
volúmenes , agitar, observar la
Al momento de separar las
separación y luego separar
fases; la orgánica y la acuosa
cada
estar pendiente porque la fase
perdiendo tiempo en nuestra
orgánica puede irse con la fase
practica.
acuosa
hacia
el
una
y
ahí
se
esta
vaso
APÉNDICE P acido = 1,05
p acetato = 0,902
Parte A 1 ALICUOTA V acetato =
= 1,1 ml
De igual forma se calcula el volumen del acido acético
CALCULO DE LA MASA DEL ACIDO ACETICO Como se calcula el volumen y la densidad se despeja y se obtiene la masa
PRIMERA ALICUOTA m = V acido x p
acido
m acido = 2ml x 1,05 gr/ ml = 2,1gr l acetato de etilo y la m Se tiene la masa del acetato de etilo y la masa de agua las cuales son: m agua = 9gr m acetato = 1gr Conocida la masa cada compuesto obtenemos la masa total
m total = magua + macido + macetato mtotal = 9gr + 2,1gr + 1gr = 12,1gr
El % de cada compuesto se obtiene a través de la siguiente formula: %acetato = %acetato =
x 100
x 100 = 8,26%
De igual forma se calcula los porcentajes del agua y el acido
Parte B. CÁLCULO PARA LA PRIMERA MEZCLA Como se tiene los % de cada compuestos se calcula la masa ya que se conoce 20 gr de mezcla de concentración se aplica la siguiente relación.
100%
20gr
50% Masa acetato =
x
= 10gr
De igual forma se calcula la masa se obtiene el volumen para cada compuesto
V acetato =
= 11,08ml
Por otro lado conocido el peso de cada erlenmeyer con la muestra y sin la muestra se obtiene el peso de cada capa
Peso capa = P
erlm sin mezcla
- P erlm con mezcla
PARA LA DETERMINACION DE LA LINEA DE UNION
Para la fase acuosa
Moles Acido = 0,43 mol/Lts x 3,1 x 10 -3 Lts Moles Acido = 1,38 x 10 -3 x 60 gr/ml Moles Acido = 0,001 gr /9,54 gr x 100 = 0,01%
Para la fase orgánica
Moles Acido = 0,43 mol/Lts x 13,8 x 10 -3 Lts Moles Acido = 5,93 x 10 -3 x 60 gr/ml Moles Acido = 0,37 gr /9,69gr x 100 = 3,82% OBSERVACIONES: Para conseguir las líneas de reparto se procede a multiplicar la concentración de la base por el volumen gastado a titular dicha capa, seguidamente se multiplica por el peso molecular del acido y luego se divide entre el peso de la capa y se multiplica por 100, obteniéndose capa así el porcentaje del acido en dicha.
