PRACTICA Tres Componentes

UMSA 206

QMC-

PRACTICA # 7

“SISTEMA LIQUIDO DE TRES COMPONENTES”

1. 

OBJETIVO

1

Const Constru ruir ir en for forma ma ex expe peri rime menta ntall la cueva cueva bino binoda dall (o curv curvaa de de solu solubi bililida dad) d) y la lass líneas de unión para el sistema ternario: cloroformo, agua y ácido acético

!

"nte "nterp rpre reta tarr el diag diagra rama ma de de fases fases de de un sist sistem emaa tern ternar ario io,, apli aplica cand ndo o la regl reglaa de las las fases

2.

FUNDAMENTO TEORICO

#n un sistema en e$uilibrio e$uilibrio el potencial potencial $uímico de cada componente debe ser el mismo en cual$uier parte del sistema %i &ay varias fases presentes, el potencial $uímico de cada componente (sustancia) debe tener el mismo valor en cada fase, en la $ue se encuentre el componente #xisten sistemas de un componente y varios componentes, entre estos pueden existir una o varias fases %e puede &acer una generali'ació generali'ación n referente referente al nmero de fases $ue puede coexistir coexistir en un sistema llamada regla de las fases #sta regla fue deducida y demostrada por  *illard +ibbs y está dada por la siguiente ecuación: -C./0!

(1)

onde:  - +rados de 2ibertad (arian'a) / - 3mero de /ases en el sistema C - 3mero de Componentes 1

- 3me 3mero ro refe referi rido do a las las va vari riab able less de pres presió ión n y temp temper erat atur uraa

2a regla de las fases nos proporciona un adecuado control de ideas acerca de los e$uilibrios entre fases en sistema más complicados Página 1

UMSA 206

QMC-

#n un sistema sistema lí$uido de tres componentes componentes (C - 4) de acuerdo a la regla de las fases la varian'a del sistema será:

-C./0!-45/0!-6./

(1)

%i se fi7an la presión y la temperatura la varian'a será:

 -4./

(!)

e modo $ue el sistema tendrá como máximo dos grados de libertad, $ue representan a las variables de composición relacionadas mediante la siguiente ecuación:

81 0 8! 0 84 - 1 (4) #s decir, $ue si variamos dos de las tres variables de composición, automáticamente la la tercera es fi7ada %i existen ! fases lí$uidas el sistema el sistema será monovariante, es decir $ue si se llega a variar cual$uiera de las composiciones, las composiciones de las soluciones con7ugadas en el sistema $uedan automáticamente definidas por medio de una de las líneas de unión de las muc&as $ue existen en la 'ona bifásica Diagrama Triangular

9ara la representación gráfica de un sistema lí$uido de tres componentes es conveniente el empleo del diagrama riangular riangular e$uilátero como el $ue se muestra en la /ig 1 donde los vértices del triángulo representan a un componente puro

Página 2

UMSA 206

QMC-

Cada lado del triángulo se divide en 1;; partes, para así tener la composición centesimal, cual$uier punto del lado del triángulo representa una me'cla binaria en la me'cla correspondiente al punto 9 está dado por los segmentos 9a o 9a?@ en forma análoga el = de A está dado por los segmentos 9b o 9b? y finalmente el = de C es igual a los segmentos 9c o 9c?, en síntesis se tiene:

= > - 9a

@

= A - 9b

@

= C - 9c

2os diagramas triangulares se utili'an como isotermas o diagramas a temperatura constante Si!"ma Ai$% A&!i% ' Cl%r%(%rm% ' Agua

#n este sistema se tienen los siguientes pares:

B! 5 CB4CB

son totalmente miscibles entre sí  

CBCl4 5 CB4CB son totalmente miscibles entre sí  CBCl4 5 B!

son parcialmente miscibles entre sí 

Página 3

UMSA 206

QMCAcido Acético 100%

E M R    

Cloroformo

Agua 100%

#n la anterior figura se muestra el diagrama de fases para este sistema a temperatura ambiente y presión atmosférica

Página 4

UMSA 206

QMC-

Cuando se agrega agua al cloroformo se obtiene un sistema &omogéneo, siempre $ue la cantidad de agua no exceda la correspondiente al punto de saturación indicado por 8 #l agregado posterior de agua separa al sistema en dos fases %i la composición inicial del sistema es D, al agregar ácido acético, éste se distribuye entre las dos fases formando las soluciones ternarias con7ugadas, cuyas composiciones están indicadas por los puntos # y E 2a línea $ue los une se denomina línea de unión o línea de reparto y no es paralela a la base del triángulo debido a $ue el ácido acético es más soluble en agua $ue en cloroformo

> medida $ue se va agregando más ácido acético, las líneas de unión se van acortando &asta $ue se llega al punto 9, donde las soluciones con7ugadas tienen la misma composición a este punto se le denomina punto de pliegue

plicando la regla de la palanca para soluciones con7ugadas de la me'cla se tiene:

onde: E - Cantidad de la solución con7ugada rica en CBCl4 # - Cantidad de la solución con7ugada rica en B! F - Cantidad de la me'cla 8E - /racción en peso de ácido acético en E 8# - /racción en peso de ácido acético en # 8F - /racción en peso de ácido acético en F

Página 5

UMSA 206

).

QMC-

APARATOS * REACTIVOS

2os materiales $ue se usaron fueron los siguientes: 1

! Auretas de 6; ml

!

G Fatraces erlenmeyer de 16; ml

4

! 9in'as para buretas

H

>nillos

6

#mbudos de separación de 1!6 ml

G

%oportes universales

I

! 9ipetas de 6 ml

J

1 9ipeta de 1; ml

K

1 9robeta de 6; ml Página 6

UMSA 206

QMC-

2os reactivos fueron: 1

Lcido acético glacial

!

Cloroformo

4

Bidróxido de %odio

H

/enolftaleína

+

>gua estilada

,.

PROCEDIMIENTO E-PERIMENTA

Página 7

UMSA 206

QMCSISTEMA L;QUIDO DE TRES COMPONENTES

ona orgánica

ona acuo!a

"#n$a! d$

una m !e c#r#$#rm# Preparar % 2&",re m mezca !e a'ua !e en a #,r#*'u*en,e Erenme%er c #mp !e Prepara una mezca !e " m !e c#r#$#rm#Prepara % 0&" m !emezca a'ua en!eun( Erenme%er !e (00m

)c*!# ac+,*c# A're'ar )c*!# ac+,*c# !e!e una .ure,a /a,a #.,enerA4a!*r una #uc*n cara1 % #.,ener una #uc*n cara 1

A're'ar 5 p#rc*#ne !e 2&" m !e a'ua % en ca!a ca# a're'ar )c*!# ac+,*c# /a,a ue a ,ur.*!ez ! An#,ar e #umen !e )c*!# ac+,*c# 'a,a!#1  Trapaar a # em.u!# !e eparac*n % a'*,ar *'#r#ame

Repe,*r e pr#ce!*m*en,# a're'an!# a a mezca reu,an,e 0&" 3(3(&"3(0 % (" m !e a'ua ca!a ez1 Pear ca!a una !e a $ae % ana*z

Uar ,#!a a $ae #r')n*ca % una a9cu#,a !e " m !e a $ae ac

Página '

UMSA 206

+.

QMC-

CACUOS * CUESTIONARIO

Eeali'amos reorgani'ando nuestra &o7a de cálculos: /%na Org0nia

N

V%lum"n CCl)

V%lum"n 2O

ml3

ml3

V%lum"n C)COO ml3

1

6

;6

H;

!

6

1;

6H

4

6

!6

J;

H

6

I6

16;

6

6

1I6

!G;

G

6

4!6

H16

/%na Au%a

N

V%lum"n CCl)

V%lum"n 2O ml3

ml3

V%lum"n C)COO ml3

1

1

!6

6G

!

1

6;

J!

4

1

I6

11H Página (

UMSA 206

QMC-

H

1

1;;

1H6

6

1

1!6

1I;

4n"a $" Uni5n

9reparación:

M"6la

CCl)ml3

C)COO ml3

2O ml3

>

6!6

4I6

G;;

A

H6;

6!6

6!6

C

H6;

GI6

4I6

9esos y olmenes de cada fase:

(2os pesos se &allaron directamente en laboratorio aprovec&ando las bondades de la balan'a electrónica usada %e taró el peso de cada probeta vacía, de modo $ue luego se midiera directamente el peso de cada fase 2os volmenes fueron medidos directamente con la probeta correspondiente)

M"6la

Fa" Org0nia P"% g3

Fa" Org0nia V%lum"n ml3

Fa" Au%a P"% g3

Fa" Au%a V%lum"n ml3

>

I;K;

6!;

K6H;

K!;

A

G6!;

H46

1;HJ

1;6

C

6I1;

H6;

1;I1;

1;1

Página 10

UMSA 206

QMC-

1.

D"!"rminar l% %r"n!a8" "n "% $" l%r%(%rm%9 ai$% a&!i% : agua $" a$a m"6la9 !a;ular r"ul!a$%.

/%na Org0nia

V%lum"n CCl)

V%lum"n 2O

ml3

ml3

V%lum"n C)COO ml3

>plicando la ecuación:  ρCHCL 3=1.47

6

;6

H;

6

1;

6H

6

!6

J;

6

I6

16;

6

1I6

!G;

6

4!6

H16

m<

V

( ) g ml

 ρCH 3 COOH =1.05

 ρ H 2 O =1 (

( ) g ml

g ) ml

TABA1=

Página 11

UMSA 206

QMCMaa CCl )

Maa 2O

g3

g3

Maa C)COO

Maa T%!al g3

g3

I46

;6

H!;

1!;6

I46

1;

6GI

1H;!

I46

!6

JH;

1J!6

I46

I6

16I6

4;G;

I46

1I6

!I4;

6!16

I46

4!6

H46J

J4H4

#ntonces las fracciones en peso serán: TABA2= > CCl)

> 2O

>C)COO

G1;;

H16

4HJ6

6!H!

I14

H;HH

H;!I

14I;

HG;4

!H;!

!H61

61HI

1H;K

446G

6!46

JJ1

4JK6

6!!H

/%na Au%a

TABA)= Página 12

UMSA 206

QMCV%lum"n CCl)

V%lum"n 2O

ml3

ml3

V%lum"n C)COO ml3

1

!6

6G

1

6;

J!

1

I6

11H

1

1;;

1H6

1

1!6

1I;

>plicando la ecuación:  ρCHCL 3=1.47

m<

V

( ) g ml

 ρCH 3 COOH =1.05

 ρ H 2 O =1 (

( ) g ml

g ) ml

TABA,= Maa CCl)

Maa 2O

g3

g3

Maa C)COO

Maa T%!al g3

g3

1HI

!6

6JJ

KJ6

1HI

6

JG1

16;J

1HI

I6

11KI

!;KH

1HI

1;

16!!

!GGK

Página 13

UMSA 206

QMC-

1HI

1!6

1IJ6

41J!

#ntonces las fracciones en peso serán:

TABA+=

2.

> CCl)

> 2O

>C)COO

1HK!

!64J

6KI;

KI6

441G

6I1;

I;!

46J!

6I1G

661

4IHI

6I;!

HG!

4K!J

6G1;

?ra(iar la ur@a ;in%$al uan$% l% r"ul!a$% %;!"ni$% "n "l an!"ri%r un!%9 %ml"!ar %n l% igui"n!" $a!%= una %lui5n a!ura$a $" agua "n l%r%(%rm% %n!i"n"  > "n "% $" l%r%(%rm%. Mi"n!ra u" la %lui5n %n8uga$a $" l%r%(%rm% "n agua %n!i"n" 1. > $" l%r%(%rm% !am;i&n "n "%.

#l presente grafico se reali'ara en un papel milimetrado mostrando en comportamiento de cada sustancia:

Página 14

UMSA 206

QMC-

Página 15

UMSA 206

QMC).

Tra6ar la l4n"a $" uni5n

La c#mp#*c*#ne en #umen !e a mezca #n7

M$)cla

Clorofor mo

Acido Acético

Agua

A

<"=

2"=

50=

>

<0 =

<" =

<" =

C

<0 =

5" =

2" =

9esos y olmenes:

M$)cla

*a!$ +rgánica P$!o ,g-

*a!$ +rgánica .olum$n ,ml-

A

I;K;

6!;

K6H;

K!;

>

G6!;

H46

1;HJ

1;6

C

6I1;

H6;

1;I1;

1;1

Página 16

*a!$ Acuo!a P$!o ,g-

*a!$ Acuo!a .olum$n ,ml-

UMSA 206

QMC-

Página 17

UMSA 206

QMC-

Página 1'

UMSA 206

QMC-

Para la !oluci&n A/

Página 1(

UMSA 206

QMC-

% HAcORG

=

m HAcORGANIC O mORGANICO

*100 2 eq - gr 

m HAcORGANIC O

=

5.0ccNaOH  *

m HAcORGANIC O

=

0.60 gr de HAc organico

% HAc

=

0.60 gr 7.09 gr 

% HAc ACUOSP 

ma cos o

% HAc

=

=

m HAcACUOSO

1.68 gr 9.54 gr 

1 eq - gr HAc

*

1mol  HAc

1000 cc NaOH 1eq −  grNaOH  1eq −  grHAc

*

60 grHAc 1mol 

=

*100 = 8.46 %  HAc

m ACUOSO

14ccNaOH  *

=

*

*100

2 eq - gr 

*

1 eq - gr HAc

*

1mol  HAc

1000 cc NaOH 1eq −  grNaOH  1eq −  grHAc

*100 = 17.61 %  HAc

Para la !oluci&n /

Página 20

*

60 grHAc 1mol 

=

1.68  grHAc a cos o

UMSA 206

QMC-

% HAc ORG

=

m HAcO RGA NIC O mORGANICO

* 100 2 eq - gr 

m HAcOR GANIC O

=

7.6ccNaOH  *

m HAcOR GANIC O

=

0.912 gr de HAc organico

% HAc

=

0.912 gr 6.520 gr 

% HAc ACUOS P  =

* 100

m HAcA CUOSO m ACUO SO

m a cos o . = 19ccNaOH  *

% HAc

=

=

2.28 gr 10.48  gr 

*

1 eq - gr HAc

*

1mol  HAc

1000 cc NaOH 1eq −  grNaOH  1eq −  grHAc

1mol 

=

* 100

*

1 eq - gr HAc

*

1mol  HAc

1000 cc NaOH 1eq −  grNaOH  1eq −  grHAc

=

60 grHAc

13.99 %  HAc

2 eq - gr 

* 100

*

21.76 %  HAc

Para la !oluci&n C/

Página 21

*

60 grHAc 1mol 

=

2.28 grHAc a cos o

UMSA 206

QMC-

% HAcORG

=

m HAcORGANIC O mORGANICO

*100 2 eq - gr 

m HAcORGANIC O

=

11ccNaOH  *

m HAcORGANIC O

=

1.32 gr de HAc organico

1.32 gr

% HAc =

ma cos o

=

m HAcACUOSO m ACUOSO

22.7cc *

,.

1 eq - gr HAc

*

1mol  HAc

1000 cc NaOH 1eq −  grNaOH  1eq −  grHAc

*

60 grHAc 1mol 

=

*100 = 23.12 %  HAc

5.71 gr 

% HAc ACUOSP  =

*

*100 =

2 eq - gr 

2.724 10.71

*

×

100 = 25.43% HAc

1 eq - gr HAc

*

1mol  HAc

1000 cc NaOH 1eq −  grNaOH  1eq −  grHAc

*

60 grHAc 1mol 

=

2.724 grHAc a cos o

In$iar la @arian6a $"l i!"ma $"n!r% : (u"ra $" la ur@a ;in%$al : "n l% $% la$% $"l $iagrama.

entro de la curva binodal es  - C 5 /0! (9, , x i) Como 9 y  es constante y &ay tres componentes, se tiene: -4./ Babiendo reali'ado este análisis, efectuamos el análisis en las diferentes regiones del diagrama: 1

en la región monofásica:

/-1

⇒

!

en la región bifásica:

 - 4 51 - !

Página 22

UMSA 206

QMC-

/-!

⇒

-45!-1

4

en una línea de unión:

/ - !, pero: MN también es constante, ya $ue sobre una línea de unión ya esta definida   - C 5 / - 4.! - 1

⇒

+.

D"!"rmin" "l un!% li"gu".

Babiendo ya tra'ado las líneas de unión extrapolamos y tra'amos una línea de unión &acia el punto de pliegue o punto de coso luto por tal ra'ón se lee de la gráfica:

= C:
=:2O ?

=C:C< ?

P%r u" n% u"$" aliar" la l": $" $" r"ar!% a la %lui%n" %n8uga$aG

#n 14K1 se formula la ley del reparto, dada por 3erst, esta ley se &a aplicado al estudio de problemas a nivel teórico y práctico, como el proceso de extracción, el de análisis y determinación de las constantes de e$uilibrio, las cuales dependen de la temperatura dada

9oniendo de e7emplo a la extracción, este procedimiento se utili'a a nivel de laboratorio e industrial #n el primero se utili'a para remover una sustancia de un lí$uido o de un sólido mediante la utili'ación de un solvente orgánico como éter, cloroformo, benceno, tetracloruro de carbono o en agua

> nivel industrial se aplica en la remoción de elementos no deseables en el producto final, pero para esto se necesita saber la cantidad de solvente a utili'ar y el nmero de veces $ue se a de efectuar el ciclo de la extracción, ya $ue no se debe desperdiciar reactivos ni energía Página 23

UMSA 206

QMC-

ebido a $ue el ácido acético es más soluble en el agua $ue en el cloroformo

7.

D"(inir l% u" igni(ia aa r"(ina$a : aa "H!ra!%.

2a capa refinada es la solución con7ugada rica en la fase orgánica, en nuestro caso rica en cloroformo 2a capa extracto es la solución con7ugada rica en la fase acuosa, es decir rica en agua

.

CONCUSIONES

1

%e construyo en forma experimental la curva binodal y las líneas de unión para el sistema ternario: cloroformo, agua y ácido acético

1

%e comprobó la regla de las fases usando el diagrama triangular, observando el cambio de fases respecto a la composición de cada elemento

!

2a limitada solubilidad de los componentes ocasiona $ue se formen dos lí$uidos, pero al agregar un tercero (ácido acético) este ocasiona la disolución, formándose entonces dos soluciones ternarias con7ugadas en e$uilibrio

4

>l reali'ar los cálculos se tuvo problemas con respecto de las líneas de unión puesto $ue a mi parecer se tuvieron confusiones al anotar los valores de la masas de las dos fases orgánica y acuosa puesto $ue la fase orgánica es la mas densa por lo tanto en el embudo de separación la fase orgánica estará en el fondo, por lo $ue tuve $ue &allar la progresión $ue seguiría las masas &alladas

,

9or ultimo la nica recomendación $ue tengo es $ue en laboratorio se debería de tener mayor cantidad de reactivos puesto $ue nos &i'o difícil &acer la práctica

7.

BIBIO?RAFIA

1

+uía de 2aboratorio M%istema lí$uido de res componentesN@ "ng orge >vendaOo

!

/"%"CP M%istema ernarioN, o&n B Feiser

4

"nternet 9ág 2ey de reparto Página 24

UMSA 206 ,

QMC-

Aiblioteca #ncarta M%istema ernarioN 

Página 25