BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTA FACULTAD D DE CIENCIAS QUÍMICAS ÁREA DE FISICOQUÍMICA
LICENCIATURA EN QUÍMICO FARMACOBIÓLOGO
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II (EQUILIBRIO TERMODINÁMICO Y CINÉTICA QUÍMICA)
PRÁCTICA 2 “ESTUDIO DE LA MISCIBILIDAD PARCIAL DE UN SISTEMA LÍQUIDO-LÍQUIDO”
EQUIPO • • •
PÉRE! DE LOS SANTOS MÓNICA MORALES FLORES "EVIN SÁNC#E! NAVARRETE EDGAR TONATIU#
PROFESOR ARNULFO ROSAS $UÁRE! FEC#A DE REALI!ACIÓN DE LA PRÁCTICA 2 DE SEPTIEMBRE DEL 2%&' FEC#A DE ENTREGA DEL REPORTE DE SEPTIEMBRE DEL 2%&'
OB$ETIVOS
1.- Obtener el diagrama temperatura – composición para el sistema fenol-agua y ser capaz de interpretarlo.
#IPÓTESIS Midiendo la temperatura de miscibilidad y de estratificación de 7 muestras con variaciones en la composición fenol-agua, lograremos construir un diagrama de fases, el diagrama nos indica en qu condiciones de equilibrio e!iste una o dos fases "a 1 atm#, adem$s muestra la temperatura y composición cr%ticas en el sistema.
INTRODUCCIÓN &uando intentamos mezclar dos l%quidos, a presión atmosfrica, podemos observar uno de los tres comportamientos siguientes' a# (os l%quidos son miscibles en todo el rango de temperaturas y en todo el rango de composiciones, como ocurre por e)emplo al mezclar agua y etanol. b# (os l%quidos son inmiscibles y no se mezclan a ninguna composición ni temperatura, como ocurre por e)emplo al mezclar agua y nitrobenceno. c# (os l%quidos se manifiestan como miscibles o inmiscibles en función de la temperatura y de la proporción en que los intentemos mezclar. *n este caso decimos que son l%quidos parcialmente miscibles y un e)emplo t%pico es el sistema agua-fenol. +n diagrama de fases nos dice en qu condiciones de equilibrio e!iste una o dos fases. *n la igura 1, el punto a est$ situado en la llamada región omognea. *sto indica que el sistema agua–fenol al / 0 en peso y una temperatura de unos 2& es miscible y aparece con una 3nica fase omognea. 4i descendemos la temperatura asta llegar al punto b, observaremos un cambio de fase. 4e trata de una transición en la que el sistema se vuelve inmiscible y comienza la formación de una segunda fase, lo cual se evidencia porque la disolución cambia de transparente a turbia. 5l seguir disminuyendo la temperatura y llegar a un punto como el c, el sistema agua–fenol vuelve a ser transparente, pero con dos fases separadas claramente distinguibles. 5mbas fases contienen los dos componentes, pero una de ellas "la m$s densa situada deba)o# es m$s rica en fenol y la otra es m$s rica en agua "con respecto a la composición media, que es la del punto a#. (as composiciones de estas
Figura 1: Diagrama de Fases del sistema Agua – Fenol a 1 atm
fases cambian con la temperatura y el diagrama de fases es una representación gr$fica de dico cambio. 5s%, por e)emplo, cuando el sistema agua–fenol al / 0 en peso se alla a unos 6 2&, las dos fases separadas tienen las composiciones marcadas por los puntos l 1 y l 2, mientras que la composición media sigue siendo / 0 en peso y viene marcada por el punto c. (a unión de puntos como l 1 y l 2 a distintas temperaturas define la curva de coe!istencia de fases. ica curva muestra un m$!imo que se conoce como punto cr%tico y a las correspondientes temperatura y composición se les conoce como temperatura y composición cr%ticas. 8or encima de la temperatura critica 9c, siempre se forma una fase omognea sea cual sea la composición. 8or deba)o de 9 c e!iste un rango de concentraciones en que la mezcla forma dos fases este rango se conoce como el intervalo de inmiscibilidad y su ancura aumenta al descender la temperatura.
MATERIAL
REACTIVOS
TABLA DE DATOS 1. &alcule la temperatura promedio para cada tubo "9 n#
( Tmisc°C + Testr°C ) n,°C
o
2
9ubo :o.1
38 + 37 2 o
=
64
= 37.5
2
51 50 2
=50.5
9ubo :o.<
9ubo :o 6
67 + 66 2
o
=63.5
9ubo :o. ; o
+
+ 63
= 66.5
61 + 60 2 o
69
9ubo :o.
+ 68 2
=68.5
o
9ubo :o. 7 50
+ 49 2
o
=60.5
9ubo :o.
= 49.5
;. &onstruya la siguiente tabla No. de tubo
Fenol, g <. <. <. <. <. <. <.
1 2 3 4 5 6
Agua, g 1. ;.<<1 <.6>76 .;<>= .>1/; 17.1<> <1.;<6
Tmisc, °C <= 1 6 7 > 1 /
Testr , °C <7 / < = / 6>
Tn, °C <7. /. <. . =. /. 6>.
TABLA DE RESULTADOS Y GRÁFICAS <. &alcule el porcenta)e de moles de fenol y de agua para cada tubo.
X F =
nF nF + nA
X A =1− X F
8ara calcular la fracción molar del enol
8ara calcular la fracción molar del 5gua 8M del enol ? >6.11 g 8M del 5gua ? 1= g
o
9ubo :o.1 3.5
X F =
94.11 3.5 94.11
+
0.308 × 100
1.5
=0.308
18
=30.8
X A =1− 0.308=0.692 0.692 × 100 =69.2
o
9ubo :o. ;
3.5 94.11
X F =
3.5 94.11
0.222 × 100
+
2.331 18
=22.2
X A =1− 0.222=0.778 0.778 × 100 = 77.8
o
9ubo :o. < 3.5 94.11
X F =
3.5 94.11
0.159 × 100
+
3.4974
= 0.159
18
=15.9
X A =1− 0.159=0.841 0.841 × 100 =84.1
o
9ubo :o. 6 3.5 94.11
X F =
3.5 94.11
+
5.2398
=0.112
18
0.112 × 100 =11.2
X A =1− 0.112= 0.888
0.888 × 100 = 88.8
o
9ubo :o.
=0.222
3.5 94.11
X F =
3.5 94.11
0.087 × 100
+
6.9102
=0.087
18
=8.7
X A =1− 0.087=0.913
0.913 × 100 = 91.3
o
9ubo :o. 3.5 94.11
X F =
3.5 94.11
0.037 × 100
+
17.1396
=0.037
18
=3.7
X A =1− 0.037=0.963
0.963 × 100 = 96.3
o
9ubo :o. 7 3.5
X F =
94.11 3.5 94.11
0.020 × 100
+
31.5234
= 0.020
18
=2.0
X A =1− 0.020=0.98 0.98 × 100 = 98
6. &onstruya la siguiente tabla
No. de tubo 1 2 3 4 5 6
Tn, °C <7. /. <. . =. /. 6>.
Fenol, ! n 11.; =.7 <.7 ;
Agua, ! n >.; 77.= =6.1 ==.= >1.< >.< >=
. @rafique 9n en función al porcenta)e del n3mero de moles de fenol y agua.
Fenol 80 70
68.566.5 60.5
60 Tn, °C 50
63.5 50.5
49.5
40
37.5
30 0
5
10
15
20
25
30
35
Fenol, %n
Agua 80 70 63.5
60 Tn, °C 50
66.568.5 60.5
50.5
40
49.5
37.5
30 65
70
75
80
85
90
95
100
105
Agua, %n
. e la gr$fica determine la temperatura cr%tica superior a la miscibilidad.
Temperatura critica superior a la miscibilidad" 6#.5 °C
9emperatura critica teórica? .> A& %Error =
%Error =
T experimental −Tteorica × 100 Tteorica 68.5−65.9 65.9
× 100= 3.94
7. B&ómo se encontrar%a el sistema en un punto dentro, sobre y fuera de la curva, en cuanto a su estado omogneo y eterogneoC entro' *l sistema constar%a de dos fases, lo cual lo ar%a un sistema eterogneo. 4obre' 5l estar sobre la curva estar%a en una sola fase, lo cual lo ar%a omogneo. uera' 5l estar fuera de la curva estar%a en una sola fase, lo cual lo ar%a un estado de omogeneidad.
=. Mencione y e!plique alguna utilidad pr$ctica que tenga el saber interpretar un diagrama temperatura-composición. (a mayor parte de los diagramas binarios son diagramas temperatura composición, donde la presión se mantiene constante, a 1 atm, un diagrama de fases se realiza para encontrar el punto de fusión o de ebullición de una mezcla de sustancias, donde por efecto del soluto, se ven modificadas los puntos de ebullición o fusión del disolvente y de manera gr$fica se puede predecir en qu proporción se pueden separar esta mezcla y a que temperatura se lograr$ la separación, esto se observa claramente en una destilación por arrastre de vapor ya que de una fase se separa en dos. >. &on base al potencial qu%mico "D#, cómo puede e!plicar que en un sistema binario sus componentes sean miscibles o inmiscibles entre s%.
o
o
o
En (a) la ΔG es negativa en todo el rango de comosici!n" or lo #$e am%os l&#$idos son totalmente misci%les a la resi!n ' temerat$ra imlicadas. En (%) ΔG 0" or lo #$e am%os l&#$idos son inmisci%les" a la ' * de tra%a+o En (c) se reresenta $na sit$aci!n m,s comle+a. ΔG -0" l$ego am%os l&#$idos son misci%les. in em%argo" si la me/cla tiene $na comosici!n entre 1 ' 2" ΔG es menor si el sistema se seara en dos ases" de comosici!n 1 ' 2 resectivamente. e a%la en este caso de #$e a la ' * de tra%a+o los l&#$idos son arcialmente misci%les. os l&#$idos son misci%les en comosici!n -1 ' 2" ero no en comosiciones intermedias.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS CONCLUSIÓN *n el sistema fenol - agua, el intervalo de composición que abarca la gr$fica, es el intervalo en el cual las dos fases liquidas est$n en equilibrio cada una de la otra. (a temperatura critica es aquella en la que la miscibilidad se ace completa y en la cual e!iste una composición critica de disolución en la que se alcanza la igualdad de composición de las dos fases. *n nuestro diagrama de fases el punto obtenido corresponde a una composición critica de disolución de =.70 de fenol y una temperatura critica de disolución de =. o&.
BIBLIOGRAFÍA
•
ttp'EEdepa.fquim.unam.m!EamydEarciveroE&(54*/711F1>6=coef.distribucion6.pdf M.Gatty H. 5nalisis Iuimico &uantitativo, M!ico .., ;da edición.
•
(evine Jra, isicoqu%mica, Mac @raK Lill, ta *dición
•
