UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA CURSO BASICO
PRÁCTICA No 6 INFORME DE LABORATORIO: “SISTEMA LIQUIDO DE DOS COMPONENTES” CHALCO
DOCENTE:
ING. JORGE AVENDAÑO
AUILIAR:
ALEJANDRO HUANCA
PARRA ESTUDIANTE: JARANDILLA NUÑE!
JUAN MAURICIO
CARRERA:
INGENIER"A INDUSTRIAL
GRUPO:
C ~ 1 ~
FECHA DE REALI!ACION:
#6 DE NOVIEMBRE DE
FECHA DE ENTREGA:
$& DE NOVIEMBRE DE
$%#6 $%#6
LA PA! ' BOLIVIA "NDICE ÍNDICE........................................ ÍNDICE................................................................... ...................................................... ................................................ ..................... .. ............... I. Objetivos. Objetivos...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... ................ II. Fundamento Fundamento Teórico. eórico...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ........ .. ................ 2.1. Equilibrio Equilibrio lquido!lq lquido!lquido uido en me"cla me"class binarias binarias..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. ......... ................ 2.2. #e$la de las las Fases de de %ibbs...... %ibbs........... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ... ................ 2.&. Dos com'one com'onentes ntes lquido lquidos... s........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... .................. .............. ................ III. (ateriales) (ateriales) #eactivos #eactivos * Equi'os.... Equi'os......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............... ............. ... ................ I+. I+. ,rocedimien ,rocedimiento... to........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............ ....... ................ +. -nlisis -nlisis * Tratami Tratamiento ento de Datos..... Datos.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... .. .............. /.1. #ecolecció #ecolección n de Datos..... Datos.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..... .............. /.2. #eali"ar #eali"ar los clculos clculos corres'ondi corres'ondientes entes 'ara $ra0icar $ra0icar Tem'eratura m'eratura vs Com'osición en ,eso * Tem'eratura Tem'eratura vs Com'osición (olar.............................. (olar.............................. .............. /.2.1. /.2.1. %r0ico %r0ico Te Tem'eratura m'eratura vs Com'osició Com'osición n en en 'eso.. 'eso....... .......... .......... .......... .......... .......... ....... .............. /.2.2. /.2.2. %r0ic %r0ico o Tem'e Tem'erat ratura ura vs Com'os Com'osici ición ón en 0racció 0racción n molar.. molar..... ...... ....... ........ ...... .. .............. /.&. 34u5 es una una lnea lnea de unión unión o de re'arto re'arto6.... 6......... .......... .......... .......... .......... ............ ................... ............ .............. /.7. /.7. Calcul Calcular ar la varian varian"a "a del siste sistema ma 'ara 'ara tres tres 'untos 'untos distin distintos tos en la la $r0ica $r0ica e inter'retar los resultados............................................ resultados....................................................................... .......................................... ............... .............. +I. Cuestionari Cuestionario.... o......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... .... .............. +II. Conclusione Conclusioness * #ecomendacio #ecomendaciones. nes...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. ................. ........ .............. +III. +III. Observacion Observaciones.. es....... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ............ ...... .............. I8. 9iblio$ra0 9iblio$ra0a.... a......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ...... ..............
~ 2 ~
SISTEMA LIQUIDO DE DOS COMPONENTES I. • •
•
O()*+,-o Estudiar las 'ro'iedades de sistemas lquidos 'arcialmente miscibles. Construir la curva de solubilidad 'ara el sistema 0enol : a$ua) en 0unción de la tem'eratura * la concentración. -'licar la re$la de la 'alanca a un sistema binario 'arcialmente miscible.
II.
F/0123*0+o T*45,o
II.#.
E7/,8,(5,o 897/,1o897/,1o *0 3*;82 (,025,2
;i consideramos la me"cla a , * T constante de dos lquidos - * 9) en cantidades n - * n9) esta se 'roducir cuando % disminu*a) es decir cuando la ener$a libre de la me"cla sea menor que la ener$a libre de los dos com'onentes 'uros. -s si de0inimos la *0*5<92 8,(5* 1* 3*;82 <% (e"cla como el cambio en la ener$a libre del sistema al llevar a cabo el 'roceso de me"clar ambos lquidos=
* 'or mol de me"cla=
4ue debe ser > ? 'ara que el 'roceso ten$a lu$ar. @a <% (e"cla ) a T * , constantes) 'uede variar con la com'osición del sistema con la 0racción molar de sus com'onentes) se$An se re'resenta esquemticamente en la 0i$ura=
~ 3 ~
En a la <%me"cla es ne$ativa en todo el ran$o de com'osición) 'or lo que 23(o 897/,1o o0 +o+283*0+* 3,,(8* a la 'resión * tem'eratura im'licadas. En b <%me"cla B?) 'or lo que ambos 897/,1o o0 ,03,,(8* ) a la , * T de trabajo. En c se re'resenta una situación ms com'leja. <% me"cla >?) lue$o ambos lquidos son miscibles. ;in embar$o) si la me"cla tiene una com'osición entre 1 * 2) <%me"cla es menor si el sistema se se'ara en dos 0ases) de com'osición 1 * 2 res'ectivamente. ;e abla en este caso de que a la , * T de trabajo los 897/,1o o0 =25,283*0+* 3,,(8*. @os lquidos son miscibles en com'osición >1 * B2) 'ero no en com'osiciones intermedias. ,ara entender cómo es 'osible que dos lquidos sean 'arcialmente miscibles a una T * ,) * que en otras condiciones sean totalmente miscibles o inmiscibles) basta con anali"ar cuales son las contribuciones de la ental'a * de la entro'a al 'roceso de me"cla) * ver 'or ejem'lo cual es el e0ecto que 'roduce la variación de la T=
En $eneral) <;me"claB?) lue$o <%me"cla >? si <me"cla >?) o si < me"cla B? 'ero menor que el t5rmino !T<; me"cla. -unque considerramos que < me"cla * <; me"cla varan 'oco con la T si la variación de esta no es mu* $rande) una variación de T 'uede im'licar un cambio de si$no en <% me"cla) 'udi5ndose obtener dia$ramas de 0ase lquido!lquido ms o menos com'lejos como los de la 0i$ura) en los que la , se mantiene constante) * en los que se observan 'untos de tem'eratura crtica in0erior) tem'eratura in0erior de cosolubilidad @C;T) de tem'eratura crtica su'erior) tem'eratura su'erior de cosolubilidad C;T) o ambos res'ectivamente.
~ 4 ~
II.$.
R*<82 1* 82 F2* 1* G,((
@os llamados GDia$ramas de FaseH re'resentan esencialmente una e'resión $r0ica de la G#e$la de las FasesH) la cual 'ermite calcular el nAmero de 0ases que 'ueden coeistir en equilibrio en cualquier sistema) * su e'resión matemtica est dada 'or=
P>CF?$ Dónde= C J nAmero de com'onentes del sistema , J nAmero de 0ases 'resentes en el equilibrio F J nAmero de $rados de libertad del sistema variables= 'resión) tem'eratura) com'osición En 1KL/ M. illard %ibbs relacionó tres variables= 0ases ,) com'onentesC) * $rados de libertas o varian"a F 'ara sistemas multicom'onentes en equilibrio. El nAmero de $rados de libertad se determina 'or la re$la de las 0ases) si * solo si el equilibrio entre las 0ases no est in0luenciado 'or la $ravedad) 0uer"as el5ctricas o ma$n5ticas * solo se a0ecta 'or la tem'eratura) 'resión * concentración. El nAmero dos en la re$la corres'onde a las variables de tem'eratura T * 'resión ,.
Co3=o0*0+* de un sistema= es el menor nAmero de constitu*entes qumicos inde'endientemente variables necesario * su0iciente 'ara e'resar la com'osición de cada 0ase 'resente en cualquier estado de equilibrio. F2*= es cualquier 0racción) inclu*endo la totalidad) de un sistema que es 0sicamente omo$5neo en s mismo * unido 'or una su'er0icie que es mecnicamente se'arable de cualquier otra 0racción. na 0racción se'arable 'uede no 0ormar un cuer'o continuo) como 'or ejem'lo un lquido dis'ersado en otro. ~ 5 ~
! n sistema com'uesto 'or una 0ase es @o3o<0*o. ! n sistema com'uesto 'or varias 0ases es @*+*5o<0*o. ,ara los e0ectos de la re$la de las 0ases) cada 0ase se considera omo$5nea en los equilibrios etero$5neos.
G521o 1* 8,(*5+21 o -25,20;2 = es el nAmero de variables intensivas que 'ueden ser una nueva 0ase. +ariables intensivas son aquellas inde'endientes de la masa= 'resión) tem'eratura * com'osición. Tambi5n se de0ine con el nAmero de 0actores variables. FJ? indica invariante FJ1 univariante FJ2 bivariante @a re$la de las 0ases se a'lica sólo a estados de equilibrios de un sistema * requiere= 1.! Equilibrio omo$5neo en cada 0ase 2.! Equilibrio etero$5neo entre las 0ases coeistentes @a re$la de las 0ases no de'ende de la naturale"a * cantidad de com'onentes o 0ases 'resentes) sino que de'ende sólo del nAmero. -dems no da in0ormación con res'ecto a la velocidad de reacción. El nAmero de com'onentes ms dos C2) re'resenta el nAmero mimo de 0ases que 'ueden coeistir al equilibrio) donde los $rados de libertad F no 'ueden ser in0eriores a cero a condiciones invariantes. Ejem'lo= 1 com'onente P ,ara el 'unto de tri'le coeistencia C en dia$rama= &J1 !F2 F J? cero $rados de libertad Como nin$una de las variables 'resión) tem'eratura o com'osición se 'uede cambiar manteniendo las tres 0ases de coeistencia) el 'unto tri'le es un 'unto invariante. P n 'unto de la curva de con$elación sólido!lquido 9= 2J1 !F2 FJ1 un $rado de libertad na variable T o , se 'uede cambiar manteniendo aAn un sistema con dos 0ases que coeisten. ;i se es'eci0ica una 'resión determinada) sólo a* una tem'eratura en la que las 0ases sólida * lquida coeisten. ~ 6 ~
P n 'unto dentro de la "ona de 0ase Anica -= 1J 1 !F2 FJ2 dos $rados de libertad Dos variables T o , se 'ueden cambiar inde'endientemente * el sistema 'ermanece con una Anica 0ase.
II.&.
Do o3=o0*0+* 897/,1o
@a 0ase de va'or en un sistema en equilibrio con 0recuencia es de 'oco o nin$An inter5s en com'aración con la interacción entre las 0ases lquida * sólida. ,or lo tanto) se acostumbra en estos casos a i$norar la 0ase va'or * 0ijar una 'resión total) normalmente de 1 atm. -s se 'uede estudiar el sistema en reci'ientes abiertos. Cuando se consideran las 0ases sólida * lquida) se abla de un sistema a* un condensado . 'equeQo inconveniente en este 'rocedimiento) *a que la 'resión en $eneral no tiene el valor del equilibrio) * en consecuencia el sistema no re'resenta un equilibrio termodinmico verdadero. ;in embar$o) en sistema lquido sólido esto no tiene muco e0ecto en el com'ortamiento. El
sistema a$ua : anilina) 0i$ura a) constitu*e un ejem'lo de miscibilidad 'arcial. ;i se a$re$a una 'equeQa cantidad de anilina al a$ua 'ura a cualquier tem'eratura in0erior a 771R) la anilina se disuelve en a$ua. ;i se trabaja con una tem'eratura constante de &S&R) abr a$ua 'ura Fi$ura a : ;istema a$ua !anilina 'resente en el 'unto a) sólo una 0ase a medida que se a$re$ue la anilina. ;in embar$o) al a$re$ar ms anilina se alcan"a el 'unto b de solubilidad * des'u5s) adems de la 0ase L1 de com'osición b) a'arecer una 'equeQa cantidad de una se$unda 0ase lquida L2 de com'osición e. @a ~ 7 ~
com'osición de la ca'a L1 es una solución de anilina en a$ua * la de la ca'a L2 es una solución de a$ua en anilina. - medida que se a$re$a ms anilina) la se$unda ca'a lquida L2 se ace ms evidente * aumenta en 0orma continua con la adición de ms anilina) asta que lle$a a la com'osición del 'unto e. (s all del 'unto e a* sólo una 0ase. ;e observa el mismo ti'o de com'ortamiento a medida que se a$re$a el a$ua a la anilina 'ura. @a com'osición de cualquier 'unto en la re$ión de dos 0ases a lo lar$o de la lnea que une los 'untos b * e) est 0ormada en 'ro'orciones diversas de solución L1 * solución L2 . stas reciben el nombre de o8/,o0* o0)/<212. @a com'osición de las ca'as de'ende de la tem'eratura. @a cantidad de ca'as individuales 'resentes 'uede determinarse mediante la re$la de la 'alanca. @as lneas de com'osición constante) las verticales en el dia$rama de la 0i$ura a se conocen como ,o=8*+2. medida que la tem'eratura aumenta del 'unto c a lo lar$o de la iso'leta cc’ ) o desde cualquier 'unto ubicado sobre la vertical 'unteada que une a T uc la solubilidad de la anilina en la ca'a de a$ua L1 aumenta i$ual que la solubilidad del a$ua en la ca'a L2 . Como resultado del cambio de solubilidad) la ca'a 'redominante L1 aumenta a e'ensas de la ca'a L2 . ;e observa un com'ortamiento semejante en la ca'a L2 cuando aumenta la tem'eratura a a 'artir del 'unto d . Eiste un com'ortamiento distinto en la com'osición crítica) que es la com'osición corres'ondiente a la tem'eratura ms alta T uc ) a la cual las dos ca'as 'ueden coeistir. Esta tem'eratura se conoce como temperatura consoluta superior o temperatura de solución crítica . ;i la curva es asim5trica) el tamaQo relativo de las ca'as 'ermanece constante a medida que aumenta la tem'eratura a lo lar$o de la lnea 'unteada. ,or encima de T uc sólo eiste una 0ase.
Fi$ura b : ;istema a$ua ! trietilamina
El aumento de solubilidad con la tem'eratura se 'uede e'licar 'or el eco de que las 0uer"as que mantienen se'arados a los distintos ti'os de mol5culas se contrarrestan debido a la ener$a cin5tica t5rmica de las mol5culas. ,or lo tanto) resulta curioso que 'ara al$unos sistemas eista una temperatura consoluta inferior ) en la 0i$ura b se muestra un ejem'lo de este com'ortamiento en el sistema a$ua ! trietilamina. @a tem'eratura consoluta in0erior es de 2U1.S/R * 'or encima de esta ~ 8 ~
Fi$ura c : ;istema a$ua ! nicotina
tem'eratura eisten dos ca'as inmiscibles. En este caso las considerables desviaciones 'ositivas de la le* de #aoult que 'roducen la inmiscibilidad se equilibran a la tem'eratura in0erior mediante desviaciones ne$ativas considerables de la le* de #aoult) que se asocian normalmente a la 0ormación de com'uestos. El ti'o 0inal de equilibrio lquido : lquido llamado brecha de miscibilidad se observa en el sistema a$ua : nicotina. En este caso) que se muestra en la 0i$ura c la re$ión de dos 0ases est encerrada * tiene una tem'eratura consoluta su'erior e in0erior a 'resión atmos05rica. ;e a demostrado 'ara este sistema que un aumento de 'resión 'uede causar la solubilidad total. n ejem'lo interesante de solubilidad lquido : lquido en dos materiales que $eneralmente son sólidos) * su a'licación a un 'roblema 'rctico) es el sistema ,b!Vn. En la 0i$ura d se da el dia$rama de 0ases 'ara este sistema a 11LKR) tem'eratura 'or encima de la cual se 'roduce la ebullición. I$norando los detalles en los etremos dereco e i"quierdo del dia$rama) se observa que la miscibilidad se 'roduce 'or encima de la tem'eratura consoluta su'erior a 1?L1.1R. la solubilidad bastante limitada del "inc en el 'lomo 'uede em'learse 'ara la se'aración metalAr$ica de 'lata disuelta en 'lomo. ;e a$re$a "inc al 'lomo 0undido) que tiene una cantidad económicamente recu'erable de 'lata disuelta en 5l. @a 0usión se a$ita 'ara e0ectuar la me"cla com'leta. Des'u5s se 'ermite que el "inc ascienda a la su'er0icie del 'lomo * se desnata. Como la solubilidad de la 'lata es muco ms alta en "inc que en 'lomo) la ma*or 'arte de la 'lata se queda en el "inc. Des'u5s se e0ectAa la ebullición de "inc 'ara obtener la 'lata deseada.
~ 9 ~
Fi$ura d : ;istema "inc : 'lomo
III.
M2+*5,28* R*2+,-o E7/,=o
IV.
+aso ,reci'itado de /?? ml 2 Tubo de Ensa*o con Ta'ones S %radilla 1 ornilla El5ctrica 2 Termómetro de !1? a 11? X C 2 +idrio #eloj Es'tula) 'i'eta de / ml 1 Fenol : -$ua Destilada
P5o*1,3,*0+o
,re'arar una me"cla al 1?W en 'eso de 0enol en a$ua en un tubo de ensa*o masa total J /$
Colocar el tubo en baQo (ara * calentar suavemente
-notar al tem'eratura a la que desa'arece la turbide".
Calentar un 'oco ms * dejar en0riar al ambiente
-notar la tem'eratura a la cual vuelve la turbide". ,romediar las dos tem'eraturas. ~ 10 ~
#e'etir la e'eriencia con com'osiciones di0erentes de 0enol 2?) &?) 7?) /? * L?W en masa
V.
A08,, T52+23,*0+o 1* D2+o
V.#.
R*o8*,40 1* D2+o A
B
C
D
E
F
(asa 0enol
?./?
1.??
1./?
2.??
2./?
&./?
(asa a$ua
7./?
7.21
&./?
&.??
2./?
1./?
(asa total
/.??
/.21
/.??
/.??
/.??
/.??
Todas las masas en $ramos ~ 11 ~
M*;82 9 C D E F
V.$.
T*3=*52+/52 # C &U S/ SK SL./ S/ 2S
T*3=*52+/52 $ C &K./ SL SL L? SS 2L
R*28,;25 8o 8/8o o55*=o01,*0+* =252 <52,25 T*3=*52+/52 - Co3=o,,40 *0 P*o T*3=*52+/52 - Co3=o,,40 Mo825
@as com'osiciones en 'eso son todas las e'erimentales ece'to la de la me"cla 9) en la cual=
Y 'or lo tanto) la com'osición de a$ua es de K?.KW 'ara la me"cla 9. @as tem'eraturas 0ueron 'romediadas 'or la si$uiente ecuación=
@os datos 'ara la $r0ica tem'eratura vs com'osición en 'eso son los si$uientes=
M*;82 9 C D E F
*0o8 1? 1U.2 &? 7? /? L?
2
T*3=*52+/52 C &K.L/ SS SL./ SK.L/ S/./ 2S./
@ue$o) 'ara la se$unda $r0ica de tem'eratura vs com'osición molar) se debe allar 'rimero en nAmero de moles de cada com'onente 'eso molecular del 0enol J U7) 'eso molecular del a$ua J 1K. ,or medio de las si$uientes ecuaciones) se obtiene la si$uiente tabla=
~ 12 ~
M*;82 9 C D E F
0*0o8 ?.??/& ?.?1?S ?.?1S? ?.?21& ?.?2SS ?.?&L2
02
0T ?.2//& ?.277/ ?.21?7 ?.1KK? ?.1S// ?.12?/
De los datos obtenidos) el clculo de la com'osición molar=
M*;82 9 C D E F
*0o8 ?.?2 ?.?7 ?.?K ?.11 ?.1S ?.&1
2
V.$.#. G5,o T*3=*52+/52 - Co3=o,,40 *0 =*o
~ 13 ~
T*3=*52+/52 C &K.L/ SS SL./ SK.L/ S/./ 2S./
~ 14 ~
V.$.$. G5,o T*3=*52+/52 - Co3=o,,40 *0 52,40 3o825 Trace una lnea de unión * a'lique la re$la de la 'alanca 'ara una com'osición de &?W en 'eso de 0enol * /?XC de tem'eratura
~ 15 ~
V.&.
KQ/ * /02 890*2 1* /0,40 o 1* 5*=25+o
@a lnea de unión o re'arto es una lnea que atraviesa el dia$rama de 0ases ori"ontalmente) 'ues es una lnea que re'resenta una tem'eratura. Esta lnea de0ine $r0icamente los dos 'untos que describen las 0ases conju$adas ~ 16 ~
a la tem'eratura indicada) * 'or medio de la re$la de la 'alanca * los datos ledos en la $r0ica) se 'uede determinar las cantidades de los com'onentes en cada 0ase con la a*uda de una lnea de unión.
V..
C28/825 82 -25,20;2 1*8 ,+*32 =252 +5* =/0+o 1,+,0+o *0 82 <5,2 * ,0+*5=5*+25 8o 5*/8+21o
,ara la $r0ica tem'eratura vs com'osición en 'eso del sistema a$ua : 0enol) se anali"an los si$uientes 'untos= •
•
•
VI.
,unto - dentro de la curva de solubilidad= dentro de esta curva) el nAmero de com'onentes es 2) * las 0ases eistentes en equilibrio son 2. ,or lo tanto) se$An la re$la de las 0ases , constante. +JC!F1 +J2!21 +J1 De donde la varian"a es de 1) es decir) se debe 0ijar la tem'eratura o com'osición 'ara saber el estado del sistema. ,unto 9 0uera de la curva de solubilidad= 0uera de la curva eisten dos com'onentes * una 0ase= +JC!F1 +J2!11 +J2 De donde la varian"a es 2) la com'osición * la tem'eratura son necesarias 'ara de0inir el estado del sistema. ,unto C en la curva de solubilidad= en esta curva aAn eisten 2 0ases * dos com'onentes) 'or lo que la varian"a es la misma que la del 'unto -) * se debe es'eci0icar la tem'eratura o com'osición.
C/*+,o025,o # ;e 're'ara una me"cla binaria con 12? $ de nitró$eno * K? $ de eano a 2K& R. Determinar la com'osición de las soluciones conju$adas * las cantidades de las mismas en 'eso. @os datos de la curva de equilibrio 0racción molar : tem'eratura son las si$uientes=
NB T C
?)?/ !L
?)2? /
@as cantidades de masa=
?)7? 1S
?)SL 2?
?)KL 1L
m Nb =120 g mhex = 80 g mT =200 g
Calculando los moles=
~ 17 ~
?)U? 1?
?)U/ ?
120 g 80 g
Nb∗1 molC 6 H 5 NO2
123 g C 6 H 5 NO2 hex ∗1 molC 6 H 14 86 g C 6 H 14
=0,976 mol
= 0,930 mol
nT =1,906 moles
Calculando la 0racción molar inicial= X Nb=
0,976 1,906
X Nb= 0,51 X hex=0,49
,ara no com'licarse) llamaremos @ a la 0ase @ 1 * a la 0ase @ 2 llamaremos + Con a*uda del $r0ico obtenemos= 8nb J ?)2U 8ne J ?)L1
*nb J ?)U *ne J ?)1
-ora a'licaremos la re$la de la 'alanca= 0,9 −0,51 L y nb− x nb L L 39 = → = → = V x nb− x nb V 0,51 − 0,29 V 22
-dems recuerde que= ~ 18 ~
L + V = n T → L +V =1,906 mol
#esolviendo las ecuaciones 1 * 2 tenemos= L=1,219 mol y V =0,687 mol
-ora 0inalmente encontraremos la masa en cada 0ase=
,ara la 0ase @=
L∗0,29 mol Nb ∗123 g Nb 1 mol L 1,219 mol =43,48 gNbm Nb = 43,48 g Nb 1 mol Nb L∗0,71 molhex ∗86 ghex 1 mol L 1,219 mol =74,43 ghexmhex =74,43 g hex 1 molhex m TL=117,91 g
,ara la 0ase +=
V ∗0,9 mol Nb ∗123 g Nb 1 molV O , 687 mol =76,05 g N b m Nb= 76,05 g Nb 1 mol Nb V ∗0,1 molhex ∗86 ghex 1 mol L O , 687 mol =5,91 ghexmhex =5,91 ghex 1 molhex m TV =81,96 g
-ora calculamos el 'orcentaje en 'eso de cada 0ase=
,ara la 0ase @=
%Nb=
hex =
43,48 g 117,91 g
74,43 g 117,91 g
∗100 %Nb =36,88
∗100 hex =63,12
,ara la 0ase += ~ 19 ~
%Nb=
hex =
76,05 g 81,96 g
5,91 g 117,91 g
∗100 %Nb =92,79
hex =7,21
∗100
$ Dado el si$uiente sistema mono0sico 're'arado a 'artir de esta sustancia es el5ctricamente neutras que contiene 2O) ) O!)Na) Cl! en cantidades tan variables como sea 'osible. allar el nAmero de com'onentes * los $rados de libertad. Componente= Sustancias − Relaciones •
,ara la sustancia= −¿ ¿ + ¿ ,Cl
;ustancia=
−¿ , Na
¿
¿
+¿ , OH
S =5
¿
H 2 O , H •
,ara relaciones= +¿ ¿
H
,ara el a$ua=
¿ −¿ ¿
OH K =¿ +¿ ¿
H
¿ +¿
Na
9alance de car$a=
¿
¿ −¿
Cl
¿
¿ −¿ ¿
OH ¿ ¿
#eem'la"ando los valores= ~ 20 ~
C =S −! C =5 −2 C =3 Va!ian"a =Componente − #ase + 2
;i la 'resión * tem'eratura son variables= V =C − # + 2=3 − 1 + 2 V =4
;i la 'resión * tem'eratura son constantes= V =C − # + 0= 3− 1 + 0 V = 2
- 'resión constante * tem'eratura variable= V =C − # + 1=3 − 1 + 1 V =3
- tem'eratura constante * 'resión variable= V =C − # + 1=3 − 1 + 1 V =3
& D*1/,5 82 R*<82 1* L2 F2* R. ,ara que en un sistema eista equilibrio) el 'otencial qumico de cada com'onente debe tener el mismo valor en todas las 0ases) constantes. Etendiendo esto a un sistema de F 0ases) se tiene=
aT*,
a* una ecuación semejante a esta 'ara cada com'onente 'resente en el sistema. Esto conduce a un conjunto de in0ormación necesaria 'ara es'eci0icar el sistema) junto con la tem'eratura * la 'resión=
-ora es necesario reducir la in0ormación de este conjunto al mnimo necesario que se requiere 'ara describir el sistema a T * , constantes. En cualquier 0ase que conten$a C com'onentes) la com'osición se es'eci0ica totalmente 'or C-1 t5rminos de concentración si estos se e'resan en fracciones molares o en porcentajes en peso. ste es el caso) 'orque el Altimo t5rmino se determina automticamente a 'artir de la 0racción molar restante o el 'orcentaje en 'eso restante. -s) 'ara un sistema de F 0ases se requiere F(C-1 t5rminos de concentración 'ara de0inir totalmente la ~ 21 ~
com'osición) * se requiere dos t5rminos adicionales 'ara la 'resión * tem'eratura. -s) se necesitan F(C-1!2 t5rminos) 'ero en la se$unda ecuación se ve que cada lnea contiene F-1 ecuaciones inde'endientes que es'eci0ican es estado del sistema. Cada si$no de i$ualdad es una condición im'uesta al sistema) la cual reduce uno 'or uno el nAmero de datos necesarios. Como a* C(F-1 de estas e'resiones que de0inen C(F-1 variables inde'endientes) el nAmero total de variables 'or de0inir) o sea) el nAmero de $rados de libertad es=
E/2,40 7/* 5*=5**0+2 82 5*<82 1* 82 2* Deducir las #e$las de la ,alanca) es'eci0icando el si$ni0icado de las variables involucradas. ;olución 9inaria ;ustancia - * ;ustancia 9 Deducción 'ara -=
Dos 0ases
L1 y L2 n T =n L 1+ n L 2
nT ∗ X $ =n L 1∗ X $ + n L2∗ $ moles
L1∗ X moles &e $ L2∗ moles &e $ totales∗ X moles &e $ = moles &e + moles&e 1 mol soluci'n 1 mol L1 1 mol L2
¿
X $ ∗( n L1 + n L2 )= n L 1∗ X $ + n L2∗ $ ¿
X $ n L1+ X $ n L2 =n L1∗ X $ + n L2∗ $ ¿
n L1 ( X $ − X $ ) =n L2 ( $− X $ ) n L 1
=
$ − X $
n L 2 X $
¿
− X $
Dónde= n L1 n L2 X $ ¿ X $ $
J moles en la 0ase @ 1 J moles en la 0ase @ 2 J 0racción molar de - en la 0ase @ 1 J 0racción molar de - en la solución J 0racción molar de - en la 0ase @ 2 ~ 22 ~
KC/8 * 82 2/2 9,2 1* 82 3,,(,8,121 =25,28 R. @a miscibilidad 'arcial de dos com'onentes se debe a la naturale"a di0erente que tiene una sustancia res'ecto de otra) esta naturale"a bastante marcada es la 'olaridad de la mol5cula. De una manera ms minuciosa) se 'uede decir que a* 0uer"as intermoleculares que a$ru'an a las mol5culas de una sustancia) estas 0uer"as 'ueden rom'erse o com'ensarse si otra sustancia es de similar naturale"a. Tambi5n se 'ueden contrarrestar estas 0uer"as con un aumento de la ener$a cin5tica t5rmica tem'eratura de las mol5culas. Es 'or esto que $eneralmente las sustancias son ms solubles a ma*or tem'eratura.
VII. •
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Co08/,o0* R*o3*012,o0*
El estudio de los sistema lquido : lquido se sim'li0ica $racias a la elaboración de los dia$ramas de 0ase) que 'ara este caso re'resentan relaciones entre la com'osición del sistema * la tem'eratura. na manera de inter'retar este dia$rama) la da la re$la de las 0ases de %ibbs) que de0ine la varian"a en el dia$rama de 0ases. %eneralmente el estudio de los sistemas lquido : lquido im'lican la me"cla de dos lquidos 'arcialmente miscibles) es decir) lquidos que juntos 'resentan ms de una 0ase. Debido a esto) los dia$ramas de 0ases 'resentan una curva de solubilidad) dentro de la cual el sistema 'resenta dos 0ases) o soluciones conju$adasZ 'ara el dia$rama obtenido) la curva de solubilidad est al lado acia donde crece la com'osición de a$ua. Estas 0ases son de di0erente com'osición) * $eneralmente son ms ricos en un com'onente que en otro. ;e observa que a* una tem'eratura a la cual la curva de solubilidad desa'arece) esta tem'eratura se llama temperatura de consolución. ,ara la $r0ica construida en base a los datos e'erimentales) la tem'eratura de consolución es de SUXC. Otro recurso 'ara el estudio de los dia$ramas de 0ases) es la re"la de la palanca. ,or medio de 5sta) usando los datos e'erimentales) se 'uede determinar el 'eso o nAmero de moles de cada 0ase) con los que se 'uede encontrar el 'eso o nAmero de moles de cada com'onente en cada 0ase. ,ara este caso) a'licando la re$la de la 'alanca a /?XC * 8J&?W de 0enol) la masa de la 0ase 1 es de &.111$ de los cuales 2.L?L$ son a$ua) en cambio) en la 0ase 2) cu*a masa es de 1.KKU$) la masa de a$ua contenida es de ?.LU&$. Como era de es'erarse) la 0ase 1 es ms rica en a$ua a com'aración de la 0ase 2) que es ms rica en 0enol. @a $r0ica tem'eratura vs com'osición molar no es recomendable 'ara el estudio) *a que como se observa) la curva de solubil idad es bastante an$osta) * la a'licación de un recurso directo sobre esta no brindara datos 'recisos o al menos ace'tablesZ 'odra trabajarse con esta $r0ica am'liando la escala) 'ero esto tambi5n crea incomodidades al tiem'o de los clculos. @os sistemas lquido : lquido 'arcialmente solubles se estudian a 'resión constante) 'ues esta variable es di0cil de re'resentar es una $r0ica en tres dimensiones. ~ 23 ~
VIII. •
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O(*5-2,o0*
;e$An las $r0icas construidas) la tem'eratura de la me"cla C debera ser li$eramente ma*or 'ara de0inir claramente la curva de solubilidad. @as dems tem'eraturas de0inen 'untos con una tendencia comAn. @a $r0ica tem'eratura vs com'osición molar no es recomendable *a que 'resenta una curva de solubilidad ms an$osta) debido a la 'oca masa de 0enol * su 'eso molecular ms $rande que el del a$ua.
I.
B,(8,o<5292 FI;ICO4Í(IC-
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@aidler) Reit M.Z (eiser) Mon . •
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FI;ICO4I(ICCastellan) %ilbert . C#;O DE FI;ICO4Í(IC- E8,E#I(ENT-@ Daniels) Farrin$tonZ -lbert*) #obert -.Z illiams) M..
~ 24 ~
