Mezcla Eutectica

Universidad Mayor de San S an Andrés Facultad de Ingeniería

QMC 206 L

MEZCLA EUTECTICA 1. OBJE OBJETI TIVO VO •

Determinar Determinar en forma experimental experimental la temperatura temperatura eutéctica eutéctica en una mezcla mezcla compuesta por fenol y naftaleno, haciendo uso de algunos conceptos.

2. FUNDA FUNDAMEN MENTO TO TEÓRIC TEÓRICO O Si mezclamos dos sustancias en proporciones determinadas 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 mutuamente saturadas, saturadas, y solo pocas se dan completamente completamente inmiscible inmiscibles. s. o dicho dicho se refier refiere e a las sustan sustancia cias s que no se descompon descomponen en hasta hasta la temperatura de fusión. Si enfriamos tal solución ésta empieza a cristalizarse a cierta temperat temperatura, ura, puesto puesto que la solubilidad solubilidad de las sustancias, sustancias, como regla disminuye al descender la temperatura. !l car"cter y cantidad de sustancias sustancias precipitando precipitando se condiciona condiciona por la naturaleza y las correlaciones correlaciones cuantitati#as de los componentes en la solución al igual que en cualquier proc proces eso o de cris crista tali liza zaci ción ón aquí aquí se desp despre rend nder er" " tamb tambié ién n el calo calorr de cristalización que influye en la #elocidad de enfriamiento de la solución. Si una una solu soluci ción ón líqu líquid ida a de dos dos sust sustan anci cias as A y $ se enfr enfría ían n a temperaturas suficientemente ba%as, aparecer" un sólido. !sta temperatura es el punto de congelación de la solución y depende de la composición, y se representa por la siguiente ecuación&

ln X A

=−

∆ H f . A  1 1   −  '(.)* R  T T OA 

donde & + A & -f,A & o,A & & /&

rac racci ción ón mola molarr de de la la sus susttanci ancia aA !ntalpía de fusión de la sustancia A emperatura emperatura de fusión de la sustancia A pura emperatura emperatura de congelación de A en la solución 0onstante uni#ersal de los gases

MEZCLA EUTECTICA UNIV.. CHOQUE UNIV CH OQUE CONTRERAS EDSON ARIEL


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a ecua ecuaci ción ón (.) (.) rela relaci cion ona a la temp tempera eratu tura ra de cong congel elac ació ión n de la solución con la fracción molar de A, y en esta ecuación se supone que el sólido A puro est" en equilibrio con una solución líquida ideal. 1n diag diagra ram ma de la anter nteriior ecua ecuac ción ión repr repres esen entta una una cur# cur#a a decreciente a la cual se le denomina cur#a de congelación de la sustancia A, los puntos sobre la cur#a representan estados líquidos del sistema, los puntos puntos situados situados deba%o deba%o de la cur#a cur#a represe representa ntan n estado estados s en los cuales cuales coexiste el sólido A puro 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 hacia 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  1 1  −   R  T T OB 

'(.2*

!st" !st" 3lti 3ltima ma ecuac ecuació ión n repre represen senta ta la cur# cur#a a de cong congel elac ació ión n de la sustancia $. as cur#as de congelación de A y $ se interceptan a una temperatura e, denominada temperatura eutéctica y una composición x e denominada composición del eutéctico.

Análisis térmi!" !l an"lisis térmico es un método para determinar experimentalmente las temperaturas de congelación. !ste !ste méto método do consi consist ste e en calen calenta tarr una una mezcl mezcla a de comp composi osici ción ón conocida hasta una temperatura suficientemente alta para homogeneizar la solución. uego se enfría a una rapidez regulada. Si ponemos en el e%e de ordenadas la temperatura y el tiempo tiempo en el e%e de abc abcisas isas se obt obtiene ienen n las cur# cur#as as que que ilust lustra ran n el proc proces eso o de enfr enfria iami mien ento to para para #aria #arias s comp compos osic icion iones es de un sist sistem ema a A4$, lo cual cual podemos #isualizar en el siguiente gr"fico&





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e

iempo

Fi#$r% &.1 as formas de estas cur#as ser"n en sumo grado características tant tanto o para para las las susta sustanc ncia ias s pura puras s como como para para sus sus mezc mezcla las s de dist distin inta tas s concentraciones. 0uando se enfría una mezcla fundida compuesta de A y $ al principio la temperatura descender" descender" regularmente regularmente hasta alcanzar el punto de fusión fusión de la solución en la que el líquido se satura con A, la cristalización de A pro# pro#oca oca una una dism dismin inuci ución ón de la #elo #eloci cidad dad de enfr enfria iami mien ento to,, a su #ez #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 forma cristales de A y $, la temperatura permanece constante, este es el punto eutéctico.



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

SOLU SOLUCI CIÓN ÓN LÍ UIDA UIDA

Solución saturada B + sólido B

Sólido A + Sólido B

A

+e

$

Durante el proceso de cristalización, en función de la composición de la mezc mezcla la pued pueden en preci precipi pita tars rse e dos dos comp compone onent ntes es sóli sólido dos s puros puros o las las soluciones sólidas. as cur#as que expresan la #ariación de temperatura de cristalización y de fusión con la composición de un sistema dado se conoce como diagramas de fusión.

'. MA MAT TERIA ERIALE( LE(        

5 ermómetros de 6)7 a ))7 80 5 9asos de precipitado de :77 ml ; ubos de ensayo con tapones 5 -ornillas eléctricas !sp"tula 9idrio relo% 5
/eacti#os&  

enol =aftaleno



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). *ROC *ROCED EDIM IMIE IENT NTO O ). en peso de naftalen naftaleno, o, el resto ser" fenol, de modo que el total pese )7 gramos. 2. Se toma la primera primera muest muestra, ra, se la coloca coloca en #aso de precipita precipitado, do, luego luego se calienta hasta que se funda, entonces se de%a enfriar 5. lent entamen amentte, anot anotar ar la tempe empera rattura ura de la masa masa fundi undida da cada cada 57 segun segundo dos, s, en un mome moment nto o se obser# obser#a a que que comi comienz enza a a preci precipi pita tar r cris crista tale les, s, ba%a ba%and ndo o la temp temper erat atur ura a m"s m"s lent lentam amen ente te,, para para lueg luego o permanecer permanecer constante hasta llegar a la solidificación solidificación completa? completa? este es el punto eutéctico. !l enfriamiento a partir de este punto debe continuar, tratando de llegar hasta la temperatura m"s ba%a posible. /ealizar el procedimiento descrito con todas y cada una de las muestra.



en peso de naftaleno en fenol en un tubo de ensayo

undir la mezcla en ba@o aría y calentar ;8 m"s respecto de esta temperatura.

De%ar enfriar el tubo al ambiente, anotando la  del sistema cada 57 segundos.

Anotar la  a la cual precipita precipita el primer cristal.

Sumergir el tubo en agua fría y anotar la  cada ); segundos, cuando la  se mantenga constante, anotar e

Seguir enfriando hasta alcanzar la  ambiente.


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+. DAT DATO( OBTE OBTENID NIDO( O( )7 > naftaleno B7> fenol t (s) T(ºC)

20 20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

66

65

64

63

62

61

59

57

56

53

52

50

t (s) T(ºC)

26 260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

39

36

35

34

33

33

33

32

32

32

32

t (s) T(ºC)

50 500

520

540

560

580

600

620

640

660

680

700

720

32

31

31

30

30

30

30

29

29

28

28

28

T (s) T(ºC)

740

760

780

800

820

27

27

27

26

26

43

27> de naftaleno C7> de fenol t (s) T(ºC)

20 20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

52

51

50

49

46

44

43

42

41

40

39

38.5

t (s) T(ºC)

26 260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

37

36

35.5

35

34

33.5

33

32.7

32

31.5

31

t (s) T(ºC)

50 500

520

540

560

580

600

620

640

660

680

700

720

30.5

30

29.7

29

28.7

28

28

28

27.5

27

27

27

T (s) T(ºC)

740

760

780

800

840 820 84

860

880

900

920

940

960

27

26.5

26

26

26

26

26

25.5

25

25

T (s) T(ºC)

980

1000

1020

1060

1080 1 11 100

1120 120

1140

1160 160

1180 180

1200 1200

25

25

24

23.5

23 23

23

22

22

22

22

37.5

26

23

26 26

57> de naftaleno (7> de fenol t (s) T(ºC)

20 20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

70

68

65

62

59

46

40

38

36

36

36

34

t (s) T(ºC)

26 260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

28

26

26

26

26

24

23

23

22

30

;7> de naftaleno ;7> de fenol



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t (s) T(ºC)

20 20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

69

69

67

66

63

62

60

57

55

55

55

53

t (s) T(ºC)

26 260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

51

48

45

42

39

37

34

32

30

28

26

t (s) T(ºC)

50 500

520

540

560

25

25

23

53

26

,. C-LCU C-LCULO( LO(  /R-FIC /R-FICA( A( 1. /r%0i /r%0i$ $ tm3 tm3r% r%t$r t$r%% 4s. tim3 tim3! ! =aftaleno y B7> enol&

/rá0i! tim3! 4s. Tm3r%t$r% (7

7

;7

6 C 7 5 T

:7

57

27

)7

7 7

277

: 77

77

t 5s6

=aftaleno y C7> enol MEZCLA EUTECTICA UNIV.. CHOQUE UNIV CH OQUE CONTRERAS EDSON ARIEL

C77

) 77 7


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/rá0i! ti2m3! 4s. T2m32r%t$r%

D7

;7

:7

6 C 75 T

57

27

)7

7 7

27 7

:7 7

D7 7

C7 7

t 5s6

=aftaleno y (7> enol&


)7 77

)2 77

): 77


QMC 206 L

/rá0i! ti2m3! 4s. T2m32r%t$r%

C7

(7

D7

6 C 75 T

;7

:7

57

27

)7

7 7

)77

277

577

t 5s6

=aftaleno y ;7> enol&


:77

;77


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/rá0i! /rá0i! ti2m3! 4s. T2m32r%t$r% T2m3 2r%t$r% C7

(7

D7

;7

6 C 7 :7 5 T 57

27

)7

7 7

)77

277

577

:77

;77

D77

t 5s6

2. Dtrmin Dtrmin l!s l!s 3$nt!s 8 !n#l% !n#l%i9n i9n : l% tm3r%t$ tm3r%t$r% r% $téti%. $téti%. Para el fenol:

E 7.; g

naftaleno


naftaleno


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=−

∆ H f . B  1 1  −   R  T T OB 

!ntonces& Tc = T OA *

∆ H fA

( ∆ H

fA

− T OA R ln X A )

Para el naftaleno:

f E E C7.2G0 ∆-f E E 5.7 HcalFgI

m 5#6

n 5m!l6

;

T 5<6

7,;

7,775B

7,7;;

2:;,5:)

)

7,77(C

7,))))

2:,(2C

),;

7,7))(

7,)

2((,;;C

2,;

7,7)B;

7,2((C

2B;,7(

5,;

7,72(5

7,5CCB

57C,C5;

M 5#6

n 5m!l6

;

T 5<6

:,;

7,7:(B

7,2C)5

2,5)(

:

7,:2

7,2;

27,5(

5,;

7,75(2

7,2)CC

2;5,B:)

2,;

7,72

7,);5

25B,7(

),;

7,7)

7,7B5C

2)B,;::

Para el fenol:

f E E :7. G0 ∆-f E E 2B.75 HcalFgI

J B7> de fenol y )7> de naftaleno e E 5: 80



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J C7> de fenol y 27> de naftaleno e E 5 80 J (7> de fenol y 57> de naftaleno e E :7 80

J ;7> de fenol y ;7> de naftaleno e E 2 80

ln X A

=−

∆ H f . A  1 1   −  R  T T OA 

ln X B

=−

∆ H f . B  1 1   −  R  T T OB 

Si &  A E $ E eutéctica

Sí despe%amos de ambas ecuaciones )F y las igualamos se tiene&

1

T oA

−

R ln X A

∆ H fA

=

1

T oB

−

R ln X B

∆H fB

pero& + A K +$ E ) a composición de la mezcla ser"& +a E 7.:): +b E 7.;C a temperatura eutéctica ser"&



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e E 5)78L

'. R3rsnt%r R3rsnt%r l 8i%#r% 8i%#r%m% m% tm3r%t$ tm3r%t$r% r% = !m3!sii9 !m3!sii9n> n> n 3!rnt%? 3!rnt%? n 3s!.

/rá0i! t2m32r%t$r% 4s. !m3!sii9n B7 C7 (7 D7 6 C ;7 7 5 T :7

57 27 )7 7 7

27

:7

D7

C7

)77

!m3!sii9n !m3!sii9n 5@ 32s!6

). In8i$ In8i$ l si#ni0i si#ni0i%8! %8! 8 l%s ár%s> ár%s> ln%s ln%s : 3$nt!s 3$nt!s 8 intr% intr%i9 i9n n n l 8i%#r%m% 8 0%ss.

!l significado de las "reas& • K$ es la existencia existencia de dos fases líquido líquido sólido, donde la mayor parte es de naftaleno.  KA •



QMC 206 L

es la existencia existencia de dos fases líquido líquido sólido, donde la mayor parte es de fenol. • A K $ es la existencia de dos fases sólido sólido  • !s la existencia de una sola fase líquida. <3ntos & o$ es la temperatura de fusión del fenol. ! es el punto eutéctico. oA es la temperatura de fusión del naftaleno. íneas& a4b es la línea de di#isión entre la mezcla de naftaleno y líquido b4c es la línea de di#isión entre la mezcla de fenol y líquido

+. C%l$l C%l$l%r %r l% 4%ri%n% 4%ri%n% 8l sist sistm% m% n t!8%s t!8%s l%s ár%s> ár%s> ln%s ln%s : n l 3$nt! $téti!. Si& 9E04K2
V 1 A K $& 9E 24)K)

V 2 !n el punto eutéctico& 9 E 2 65K)

V  & 9 E 2 6) K)

V2



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!n la línea a4b& 9 E )4)K)

V1 !n la línea b4 o$& 9 E )42K)

V

&. CONC CONCLU LU(I (ION ONE( E( Después de realizar este laboratorio podemos decir que cumplimos con nuestro ob%eti#o, puesto que pudimos determinar la temperatura eutéctica de cada una de las mezclas de fenol y naftaleno que preparamos, y de esta mane manera ra tamb tambié ién n pudi pudimo mos s obte obtene nerr nues nuestr tro o gr"f gr"fic ico o comp compos osic ició ión n #s. #s. temperatura, aunque contiene algunos errores, puesto que no es igual al gr"fico teórico, pero difiere muy poco debido a errores fortuitos? también debemos aclarar aclarar que no realizamos los c"lculos c"lculos para la mezcla de (7> de naft naftal alen eno o y 57> 57> de feno fenol, l, esto esto debi debido do a un erro errorr in#o in#olu lunt ntar ario io en el laboratorio, pues preparamos la mezcla pero la botamos antes de realizar el experimento con ella.

. BI BIBL BLIO IO/R /RA AFA 0astellan, fisicoquímica AtMins, fisicoquímica


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