UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓN AUTÓNOMA OMA DE MÉXICO MÉXICO FES Cuautitlán
Equilibrio Qu!i"o
#ro$%& 'uana Cabr(ra )(rnán*(+ Cort(, M(n*o+a Ana"ar(n Dia+ )(rnan*(+ -ran*o Alan Martin(+ Ro*ri.u(+ Alba /ua*alu0( Vall(1o /u(rr(ro /u(r r(ro )("tor )("t or '(,u,
In.(ni(ra Qu!i"a R(0ort( A"ti2i*a* E30(ri!(ntal No%45 6A7EÓTRO#O8
Objetivos Obtener datos experimentales del equilibrio líquido vapor, para una mezcla binaria ideal y construir el diagrama de equilibrio T vs X.
Introducción Un azeótropo es una mezcla líquida de dos o más componentes que poseen un nico punto de ebullición constante y !"o, y que al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro, o sea como si #uese un solo componente. Un azeótropo, puede $ervir a una temperatura superior, intermedia o in#erior a la de los constituyentes de la mezcla, permaneciendo el líquido con la misma composición inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos por destilación simple. %l azeótropo que $ierve a una temperatura máxima se llama azeótropo positivo y el que lo $ace a una temperatura mínima se llama azeótropo negativo. %n Termodinámica, la actividad es una medida de una &concentración e#ectiva& de una especie. 'urge debido a que las mol(culas en un gas o solución no ideal interactan unas con otras. )a actividad no tiene dimensiones. 'e $ace adimensional utilizando la #racción molar para su cálculo. )a actividad depende de la temperatura, presión y composición. *ara los gases, la presión e#ectiva parcial se suele re#erir como #ugacidad. %stados de +e#erencia. . %l estado normal más comn y más til es el estado de componente puro -gas, líquido, sólido a la misma temperatura, presión y #ase de la mezcla. *ara la actividad de una solución ideal y estado normal/ f i ^
ai=
γ i=1
f i °
*or lo tanto %ntonces
ai= xi
γ i=
a i X i
Procedimiento experimental 0 *reparamos las soluciones/ Muestra
a
b
c
d
e
f
g
h
i
V H O / mL 1.2
1.
1.2
1.2
1.2
1.3
1.4
1.5
.
V C H OH /
.6
.5
.2
1.7
1.7
1.5
1.5
1.4
2
3
3.6
7
20 8edimos el índice de re#racción de cada una de las soluciones y del agua y del propanol puros. 30 9rmamos el micro :it de destilación de la siguiente manera /
;0
=0 espu(s tomamos una muestra del residuo y medimos su índice de re#racción. 70 +epetir el punto 6 y = cuatro veces más. 50 %n el matraz de destilación vacío -solo con las piedras de destilación, agregamos 1 m) de n0propanol al matraz de destilación. 10espu(s tom( una muestra del residuo y medí su índice de re#racción. 30 +epetimos el punto y 2 cuatro veces más.
+esultados
V H O / mL
C3H7OH 00000000000
a .7
B .6
c .;
d .2
e
f 1.7
g 1.6
h 1.;
i 1.2
H2 O
1.2
1.;
1.6
1.7
.2
.;
.6
.7
000000000
.3;3 1
.3;7 ;
.343 5
.345 ;
.364 ;
.364 ;
.3=1 ;
.36 4
.3=5 4
.333 =
2
V C H OH / 3
η
7
.3736
*ara la construcción de la curva patrón se obtiene la #racción mol del agua en cada disolución, y esta se obtiene a partir de las densidades. 9 22 ?< )a densidad del agua es de 55=.76 :g@m 3 y la del propanol es de =51 Ag@m3.
MUESTRA A *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
1.8 mL
)(
) =1.7961 g
0.2 mL
)=0.158 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/ M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo n H O =
1.7961 g
2
g 18 mol
nC H OH = 3
7
=0.09978 mol
0.158 g
g 60 mol
=.002633 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/ X i=
ni nT
'ustituyendo X H O = 2
0.09978 mol
( 0.09978 mol ) +( 0.002633 mol )
=.9743
X C H OH = 3
7
0.002633 mol
( 0.09978 mol )+( 0.002633 mol )
=0.0257
MUESTRA B *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
1.6 mL
)(
)=1.5966 g
0.4 mL
) =0.316 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/ M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo n H O = 2
1.5966 g
g 18 mol
nC H OH = 3
7
= 0.0887 mol
0.316 g
g 60 mol
=.0005266 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/
X i=
ni nT
'ustituyendo X H O = 2
( 0.0887 mol ) +( 0.005266 mol )
X C H OH = 3
0.0887 mol
7
=.9440
0.005266 mol
( 0.0887 mol )+( 0.005266 mol )
=0.0560
MUESTRA *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
1.4 mL
)(
)=1.3970 g
0.6 mL
)= 0.474 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/ M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo n H O = 2
1.3970 g
g 18 mol
= 0.0776 mol
nC H OH = 3
7
0.474 g
g 60 mol
=.00079 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/ X i=
ni nT
'ustituyendo X H O = 2
( 0.0776 mol ) +( 0.0079 mol )
X C H OH = 3
7
X C H OH = 3
0.0776 mol
7
=. 9076
0.0079 mol
( 0.09978 mol )+( 0.002633 mol )
0.005266 mol
( 0.0887 mol )+( 0.005266 mol )
=0.0924
=0.0560
MUESTRA ! *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
1.2 mL
)(
)=1. 1974 g
0.8 mL
)= 0.632 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/
M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo n H O = 2
1.197 g
g 18 mol
nC H OH = 3
7
= 0.0665 .mol
0.632 g
g 60 mol
=.0105 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/ X i=
ni nT
'ustituyendo X H O = 2
( 0.0665 mol ) +( 0.0105 mol )
X C H OH = 3
0.0665 mol
7
= 0.8636
0.0105 mol
( 0.0665 mol )+( 0.0105 mol )
=0. 1364
MUESTRA E *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
1 mL
)(
)=.9979 g
1 mL
)=0.79 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/ M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo n H O = 2
.9979 g
g 18 mol
nC H OH = 3
7
= 0 . 0554 mol
0.79 g
g 60 mol
=.0132 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/ X i=
'ustituyendo X H O = 2
0.0554 mol
( 0.0554 mol )+( 0.0132 mol )
=0. 8076
ni nT
X C H OH = 3
7
0.0132 mol
( 0.0554 mol ) +( 0.0132 mol )
=0. 1924
MUESTRA " *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
.8 mL
)(
) =0.7983 g
1 .2 k mL
) =0. 948 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/ M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo n H O = 2
.7983 g
g 18 mol
nC H OH = 3
7
= 0.04435 mol
0.948 g
g 60 mol
=.0158 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/
X i=
ni nT
'ustituyendo X H O = 2
( 0.0 4 435 mol ) +( 0.0158 mol )
X C H OH = 3
0.04435 mol
7
= 0.7373
0.0158 mol
( 0.04435 mol )+( 0.0158 mol )
=0. 2627
MUESTRA # *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
.6 mL
)(
)=0 .5987 . g
1 .4 mL
)=1.106 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/ M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo
n H O = 2
.5987 g
g 18 mol
nC H OH = 3
7
= 0.0328 mol
1.106 g
g 60 mol
=.0184 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/ X i=
ni nT
'ustituyendo X H O = 2
( 0.0328 mol ) +( 0.0184 mol )
X C H OH = 3
0.0328 mol
7
=0. 6406
0.0184 mol
( 0.0328 mol )+( 0.0184 mol )
= 0.3594
MUESTRA $ *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
.4 mL
)(
)=0. 3991 g
1 .6 mL
)=1.264 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/
M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo n H O = 2
. 3991 g =0. 0228 mol g 18 mol
nC H OH = 3
7
1.264 g
g 60 mol
=.0 2107 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/ X i=
ni nT
'ustituyendo X H O = 2
( 0.0228 mol ) +( 0.02107 mol )
X C H OH = 3
7
0.0228 mol
=0.5197
0.0228 mol
( 0.0228 mol )+( 0.02107 mol )
=0. 4803
MUESTRA I *rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/
mi= ρi V i
'ustituyendo m H O= 2
(
.99786
(
mC H OH = 3
7
.790
g mL
)(
g mL
.2 mL
)(
)= 0.1996 g
1 .8 mL
) =1.422 g
>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/ M H O=18 2
g mol
M C H OH =60 3
ni=
7
g mol
m i M i
'ustituyendo n H O = 2
. 1996 g =0. 01109 mol g 18 mol
nC H OH = 3
7
1.422 g
g 60 mol
=.02403 mol
B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/ X i=
ni nT
'ustituyendo X H O = 2
0.01109 mol
( 0.01109 mol ) +( 0.02403 mol )
=0.5197
X C H OH = 3
7
0.02403 mol
( 0.01109 mol ) +( 0.02403 mol )
= 0.6842
B así se realiza para las demás soluciones, los valores se pueden observar en la siguiente tabla
8uestr a
C 3 H 7 O a
1
X H O 2
X C H OH 3
7
. 5=;3 . 124=
b
c
d
e
#
g
$
i
. 2172 . =57
. 3165 . 653
. ;22 . 47=7
. 426 . ;1=;
. 62 . 377
. =113 . 255=
. 71=5 . 52
. 5124 . 15=4
)a grá!ca de la #racción mol de agua C vs X H O es la siguiente/ 2
H 2
1
.35 #-x D 0 1.xE3 F 1.17 xE2 0 1.13x F .35
.37 .3= .36 .34
C
.3; .33 .32 .3 .3
1
1.
1.2
1.3
1.;
1.4
1.6
1.=
1.7
1.5
Xagua
)os valores de la grá!ca se a"ustan a la siguiente ecuación/ 3
2
η=−0.1016 X + 0.0785 X −0.0259 X + 1.3856
ηDestilado
ηresiduo
T eb /°C
Y H O
X H O
000000
------
!
"
"
2
2
" 2 3 $ ' & 7 % C3H7OH
"#37!3 "#37&& "#37&% "#377' "#37%" "#3%!! "#377& "#37& ------
)a grá!ca de
"#3$"3 "#3''' "#3&3& "#3&'3 "#3'& "#3&$% "#3&3! "#3&2 ------
T eb vs X H O−Y H O 2
2
%! %! 7 7 7 7 7 %! %7
#7""7 #'$' #'%$ #'7!7 #''3! #$%! #&&7 #'%& !
#7" #%7!7 #7$7 #77& #%3$& #27% #%!"" #7273 !
es/
52 51 77 76 7;
Teb 72 71 =7 =6 =; =2
1
1.2
1.; B
1.6
1.7
X
9nálisis de resultados )a grá!ca de
T eb vs X H O−Y H O 2
2
no salió correctamente, no se observa el
azeótropo. B no se pueden obtener los demás datos.
Gibliogra#ía 1.-J. M. Smith, H. C. Van Ness y M. M. Abbot. Introducción a la ermodin!mica "ara In#enier$a %u$mica. Mc. &ra'(Hill, )* +d. Mico, //) .- N. 0eine. 2isico3u$mica. 4* +d. Mc&ra'-Hill, +s"ana, //5.
