Informe Práctica #3 Punto de Burbuja

  

Cuando se !iene un sis!ema en donde coe*is!en (ases múl!iles

In(orme $r)c!ica @A C.<. Temera!ura de Bur#ua Diego Nicol)s ancera ar!íne', =a#i)n Ramos Torres Torres  Abstract  — This article seeks to find the heat of reaction in solution, in this case, a heat of neutralization due to the reaction of hydr hydroc ochl hlor oric ic acid acid and and sodi sodium um hydr hydrox oxid ide. e. Based Based on the the literat literature ure and making making some some simplif simplifica ication tionss it is possib possible le to determine an approximate value for it. A calorimeter (e!ar", a voltage source such as heating resistor and a digital thermometer for measur measuring ing the differ differen entt temper temperatu ature ress !as used used in the development of the experiment.  — #alorimeter, heat reaction, neutralization.  Index Terms Terms —

 Resumen —$l siguiente art%culo busca hallar el calor de reacci&n reacci&n en soluci&n, soluci&n, en este caso, un calor de neutralizac neutralizaci&n i&n debido a la reacci&n de 'cido clorh%drico e hidr&xido de sodio. Bas'ndose en la literatura y realizando algunas simplificaciones es posibl posiblee determ determina inarr un valor valor aproxim aproximado ado para para ste. ste. $n el desarr desarrollo ollo del experi experimen mento to se utiliz utiliz& & un calor%m calor%metr etro o (vaso (vaso e!ar", una fuente de volta)e como resistencia de calentamiento y un term term&m &met etro ro digit digital al para para reali realiza zarr la medic medici&n i&n de las las diferentes temperaturas.  Índice

de

términos —#alor

en equili#rio, ara (iar el número de %aria#les indeendien!es que se de#en (iar ar#i!rariamen!e ara es!a#lecer el es!ado in!ensi%o del mismo, se u!ili'a la regla de las (ases de 0. 1illa 1illard rd 2i##s. 2i##s. $ara $ara un sis!em sis!emaa que no !iene !iene reacci reaccione oness químicas se !iene3  F =2− π + N 

Donde π   es el número de (ases,  N   es el número de esecies químicas y  F   reresen!a los grados de li#er!ad del sis!ema. O!ra regla es el !eorema de Du/em, el cual se alica a sis!emas cerrados en equili#rio, ara los cuales se (ian los es!ados e*!ens e*!ensi%o i%o e in!ens in!ensi%o i%o del sis!em sis!ema, a, y es!a#l es!a#lece ece que que33 4$ara 4$ara cualquier sis!ema cerrado que se (orma originalmen!e or las masas conocidas de esecies químicas rescri!as, el es!ado de equili equ ili#ri #rioo se de!erm de!ermina ina or coml comle!o e!o cuando cuando se (ia (ia dos %aria#les indeendien!es cualesquiera5.  Equilibrio líquido-vapor  líquido-vapor 

de

reacci&n,

calor%metro,

neutralizaci&n.

I. INTRODUCCIÓN En la gran mayoría de las reacciones químicas, y un gran número de oeraciones uni!arias, como en la des!ilaci"n, se  #usca un cam#io en la comosici"n de las sus!ancias. $or es!e mo!i%o es de gran in!er&s el es!udio de los equili#rios, el c"mo se comor!an las comosiciones en las me'clas como una (unci"n de la !emera!ura o la resi"n y qu& !an des%iados  ueden es!ar es!os sis!emas de la idealidad. El equili#rio que es m)s e*!ensamen!e es!udiado es el equili#rio líquido+%aor,  ero ueden encon!rarse encon!rarse sis!emas %aor+s"lido, %aor+s"lido, líquido+líquido y líquido+s"lido.

El equili#rio líquido+%aor 6E789 es el es!ado de coe*is!encia de las (ases %aor y líquido. El sis!ema m)s simle, y que es  osi#le reresen!ar gr)(icamen!e ara (acili!ar su es!udio es el que se encuen!ra cons!i!uido or dos esecies químicas. :iguiendo lo lan!eado en la regla de (ases, cuando N;<, =;>  ?  π  . De#e /a#er como mínimo una (ase, con es!o se uede  lan!ear que el número m)*imo de %aria#les que se de#en eseci(icar ara (iar el es!ado in!ensi%o del sis!ema es !res3 $, T y un unaa (rac (racci ci"n "n mola molarr 6o de masa masa9. 9. 2rac 2racia iass a es!o es!o,, el equili equ ili#ri #rioo del sis!em sis!emaa se ue uede de reres reresen! en!ar ar en un esaci esacioo !ridimensional $+T+comosici"n.

II. -RC -RCO O TEÓR TEÓRIICO El equili#rio es una condici"n es!)!ica donde, con el !iemo, no ocurren cam#ios en las roiedades macrosc"icas de un sis!ema. $or eemlo, cuando en un reciien!e cerrado es!)n en con!ac!o con!ac!o es!rec/o es!rec/o las (ases líquida y %aor, %aor, con el !iemo !iemo se alcan'a un es!ado (inal en donde no e*is!e !endencia ara que suceda un cam#io den!ro del mismo. En es!e un!o, la !emera!ura,  resi"n y comosiciones ermanecen cons!an!es de a/í en adelan!e.  Regla de las fases. fases.

  

*igura +. Diagrama $T*y ara

un equili#rio %aor+líquido

Tam#i&n es osi#le reresen!ar el equili#rio en una gr)(ica de (racci (racci"n "n mol mol de %a %aor or en (unci" (unci"nn de la (racci (racci"n "n mol de líquido, ya sea ara las condiciones de T cons!an!e o a $ cons!an!e.

*igura . Diagramas $ * y, T * y

O#ser%ando la (igura <, ara el diagrama T * y, si se osiciona so#re el un!o 2, donde la me'cla es un líquido, y se emie'a a calen!ar la soluci"n /as!a el un!o , en &s!e aarece a  rimera #ur#ua de %aor, y es conocido como  punto de burbuja. :i la #ur#ua de %aor se encuen!ra en equili#rio con el líquido, se de#e di#uar una línea que los una, la línea 0, conocida como línea de liegue, al cual une los un!os que reresen!an (ases en equili#rio. Figura 3. Diagrama T vs X,Y del sistema etanol-agua a la

:i se sigue aumen!ando la !emera!ura or la misma línea que se /a#ía descri!o an!eriormen!e, el líquido se %a %aori'ando /as!a llegar al un!o , &s!e un!o reresen!a un es!ado de %aor sa!urado que !iene la comosici"n de la me'cla. Es el  un!o en el que desaarecen las úl!imas go!as de líquido 6rocío9, y se conoce como  punto de rocío, y al seguir  calen!ando se llega a la regi"n de %aor so#recalen!ado. - resi"n cons!an!e las líneas se in%ier!en, la línea de un!os de rocío se encuen!ra a#ao, y la de un!os de #ur#ua arri#a. 2eneralmen!e las soluciones con las que se !ra#aa en la indus!ria !ienen des%iaciones de la idealidad.  en algunos casos se resen!a un un!o donde las (racciones de líquido son iguales a las del %aor, es decir, donde las cur%as de los un!os de rocío y de #ur#ua son !angen!es a la misma línea /ori'on!al. Un líquido en e#ullici"n de !al comosici"n  roduce un %aor de id&n!ica comosici"n y, de#ido a es!o, el líquido no cam#ia su comosici"n con(orme se e%aora, or lo que no es osi#le la searaci"n or des!ilaci"n de !al soluci"n de e#ullici"n cons!an!e. Es!e es!ado se conoce como a'e"!roo. FG 8a in(ormaci"n !e"rica que es osi#le encon!rar ara el equili#rio líquido+%aor del sis!ema e!anol+agua, a la resi"n a!mos(&rica de la ciudad de Bogo!) D.C es3

presión atmosférica de Bogotá D.C [!

Hs!e diagrama es!) aoyado or los da!os del equili#rio3 T$-$/AT0/$

x+ (ethanol"

y+ (ethanol"

C

molJmol

molJmol

KF,LM>





LK,FKLM

,F

,FFFFL

L,KLMF

,<

,FK<

LP,<
,A

,L

LA,MKL>

,>

,
LF,F>>

,

,A>>KF

L,AA>

,L

,>FFAA

ML,L>
,F

,>>PM

M,LF

,FP

,P
MP,PP

,<

,PAM<<

M>,LFMK

,
,P
M>,FMLK

,A

,PLALAF

MA,P
,AP

,
MA,FK>

,>

,

M<,MLAL

,>P

,>>

M<,>K<

,P

,PKP

M<,M

,PP

,LMM

MF,MPM

,

,MAP<

MF,>LA

,P

,MM

MF,<>F>

,M

,MPPKFP

MF,>>A

,MP

,ML
M,LK>A

,L

,LFKK><

M,MKM

,LP

,LPM>L<

sis!ema e!anol+agua.

M,MM

,K

,LKK>LM

M,M>>

,K<

,KFMKK

8a manera de calcular la (racci"n molar de e!anol %iene dada  or3

M,MMK>

,K>

,KAMKP

M,LA

,K

,KPLA>

M,L<>>

,KM

,KM<
M,L>P

,KL

,KMMLMK

M,LMF

,KK

,KLLLF

M,M>

F

F

Tabla +. Da!os del equili#rio líquido+%aor ara el sis!ema e!anol+agua a

 resi"n a!mos(&rica de Bogo!) D.C

F F

< IN=

F,AA>LP F,AA
Tabla . Da!os o#!enidos duran!e la o#!enci"n de la

<<,M< <<,P

,FP< ,

cur%a de cali#raci"n del

 ρ ET ∗V  ET   X  ETANOL=

 PM  ET   ρ ET ∗V  ET   ρ AGUA∗V  AGUA  PM  ET 

+

 PM  AGUA

$ara es!o, se !omaron los siguien!es da!os3 Densidad E!anol 6gJ893MLK Densidad -gua a <SC 6gJ893 KKL,,M gJmol $ -gua3 FL,< gJmol

III. $ROCEDIIENTO

-sí, (ue osi#le o#!ener la cur%a de cali#raci"n3

*igura 1. $rocedimien!o e*erimen!al lle%ado a ca#o.

I7. RE:U8T-DO: 8a sus!ancia u!ili'ada (ue e!anol en una concen!raci"n de KK,PQ. -sí, se /i'o las medidas corresondien!es a la cur%a de cali#raci"n, !omando F m8 iniciales de e!anol, los cuales (ueron rogresi%amen!e disuel!os en agua.

7-2U6m89

F F F F F F F F F F F F F F F F F

 P F FP < A > P  M L K F F< F> F FL

NDICE DE RE=R-CCIÓ  N F,AFLA F,AAK F,APMF> F,AP>A F,APFK< F,A>LM F,A>APP F,A>MA F,A>< F,AAKAF F,AALAF F,AAMMA F,AAMFL F,AA>> F,AAPL F,AAPFA F,AA>LM

X1tanol 2r'fica +. Cur%a de cali#raci"n

T-B8- DE D-TO: $-TRÓN 7ET-NO8 6m89

$.%( f)*+  "."$ ln)*+  $.%( $.%' /  ".0' $.%' $.%# $.%# 2ndice de refracción $.%& $.%& $.%% $.%% $.% "."""" ".#""" $.""""

T 6SC9

 E!

<,AA <<,AK <,AL P <,P <,< <,> <
,KKP ,AL ,MFM ,PL< ,>K ,>
8os da!os e*erimen!ales se encuen!ran resumidos en la siguien!e !a#la3



Te"rico3 ET-NO8 ; ,AP T ; MA,P SC

 

%Error = 

73,65 −72,2 73,65

E*erimen!al3 ET-NO8 ; ,L T ; MA SC

  

Te"rico3 ET-NO8 ; ,L T ; L,A SC

 

Tabla 3. Da!os e*erimen!ales o#!enidos.

8as comosiciones del líquido y el %aor (ueron o#!enidas gracias a la ecuaci"n de la línea de !endencia o#!enida en la cur%a de cali#raci"n, así3   

%Error = 

( ) + 1,3655

y = 0,0078 ln  x

 X  ET = e



0,0078

 T )8C+ 3" "

".

".&

".'

".3

$

X,Y1T4567 2r'fica . Equili#rio e*erimen!al líquido+%aor ara

el sis!ema e!anol+agua

El c)lculo de la !emera!ura de #ur#ua, ara es!o se !omaron algunos un!os como eemlo, ara conocer la recisi"n de los resul!ados, se !iene3

E*erimen!al3  

ET-NO8 ; ,A T ; M>,A SC



ET-NO8 ; ,A T ; LP,
85,23 −74,3 85,23

∗100 =12,82

7. DI:CU:IÓN DE RE:U8T-DO:

0"



100=8,78

Te"rico3

%Error =

 T vs X,Y 1tanol

∗

E*erimen!al3



Con es!os da!os o#!enidos se reali'" la gr)(ica e*erimen!al del equili#rio líquido+%aor ara el sis!ema e!anol+agua3

("

80,03



0,0078

ηvap −1,3655

Y  ET =e

80,03−73



η −1,3655

∗100 =1,92

ET-NO8 ; ,APL T ; M<,< SC

:e o#ser%a que la cur%a de %aor es muy aleada de la eserada, es!o osi#lemen!e de#ido a imure'as den!ro de la columna o que el condensado recogido %enía con dis!in!as comosiciones, así, al lle%arlo al re(rac!"me!ro las mediciones serían alea!orias. 8a cur%a de líquido es un oco aro*imada,  ero aun así se alea de la realidad, como se uede o#ser%ar en las !emera!uras de #ur#ua comaradas con las !e"ricas. En comosiciones de e!anol cerca de F, el error es mínimo, ero a medida que aumen!a la comosici"n de agua los %alores se %an aleando y el error aumen!a. Todo es!o es!) enla'ado a la cur%a de cali#raci"n /ec/a inicialmen!e, los da!os que se o#!u%ieron en es!e  rocedimien!o son #uenos, ero aun así se requería de m)s da!os ara o#!ener una meor línea de !endencia y así una meor ecuaci"n de aus!e ara el c)lculo de las comosiciones de líquido y %aor. 8a línea de !endencia que se us" (ue una de (orma logarí!mica, de#ido a que es la que meor se aus!a al  roceso.

7II.RECOEND-CIONE: $ara cada una de las mues!ras, al ser lle%adas al re(rac!"me!ro, se dearon reosar ara que alcan'aran la !emera!ura am#ien!e y así e%i!ar osi#les errores de lec!ura en el índice de re(racci"n. 8os errores o#!enidos en las comosiciones y las !emera!uras de #ur#ua o#!enidas, aleadas de las !e"ricas, osi#lemen!e son errores que se arras!ran de#ido que la soluci"n se !ra#aa como soluci"n ideal, el re(rac!"me!ro odría /a#er es!ado descali#rado. 7I. CONC8U:IONE:

Es recomenda#le que, al !omar las mues!ras !an!o de (ondos, como de los %aores, &s!os se deen es!a#ili'ar /as!a la !emera!ura am#ien!e an!es de !omar las medidas en el re(rac!"me!ro. 8as !omas de las mues!ras del condensado de#erían ser con cuidado, al eserar que los %aores se condensen #ien y urgar  en una rimera ins!ancia el sis!ema al dear (luir algunos %aores or la columna. 7III. -2R-DECIIENTO:

El equili#rio líquido %aor calculado se alea considera#lemen!e de la !eoría, ues a medida que disminuye la comosici"n molar, el error resec!o a la in(ormaci"n !e"rica se /ace m)s grande.

-l la#ora!orio de ingeniería química de la Uni%ersidad  Nacional de Colom#ia or ermi!ir reali'ar el corresondien!e e*erimen!o, y al encargado del la#ora!orio y al ro(esor, or  sus ayudas y cola#oraciones en la reali'aci"n del mismo.

El un!o de #ur#ua en el equili#rio líquido %aor del sis!ema e!anol+agua aumen!a a medida que aumen!a la comosici"n del agua de#ido al redominio de &s!a úl!ima en el sis!ema.

R E=ERENCI-:

8a !emera!ura de e#ullici"n del e!anol, según los da!os e*erimen!ales, a la resi"n a!mos(&rica de Bogo!) D.C es de M,> SC.

FG :mi!/, 0.., 7an Ness, .C., 6<F9,  Introducción a la termodinámica en ingeniería química, &*ico D.=., &*ico, c2ra+ill. XComA;A. Consul!ado3 MJKJ<F