UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN C-1
QUÍMICA
LABORATORIO DE FIICOQUÍMICA II
REPORTE 8 “SOLUCIONES IDEALES”
PROF. MANUEL PAZ GRUPO: 1301-A
EQUIPO: INES CRUZ GARCIA SEMESTRE 2015-1
FECHA: 30/10/14
OBJETIVOS 1) Obtener datos experimentales del equilibrio liquido vapor, para una mezcla binaria ideal y construir el diagrama de equilibrio T vs X.
INTRODUCCIÓN Una solución es una mezcla homogénea de especies químicas dispersas a escala molecular, una solución es una fase simple: El constituyente presente en mayor cantidad se le conoce comúnmente como disolvente o solvente, mientras que aquellos constituyentes (uno o más) presentes en cantidades menores se les denomina solutos. Dado que el soluto no es volátil, es vapor de disolvente puro. A medida que se añade más materia no volátil, disminuye la presión en la fase de vapor. Este comportamiento esta descrito por la ley de Raoult, que establece que la presión de vapor del disolvente sobre una solución es igual a la presión de vapor multiplicada por la fracción mol del disolvente en la solución: P = xP° Esta ley de Raoult es un ejemplo de la ley límite. Las soluciones reales se ajustan más a la ley de Raoult mientras más diluidas se encuentren. Una solución ideal se define como aquella que obedece la ley de Raoult en todo el intervalo de las concentraciones. A partir de la ecuación anterior, podemos deducir la disminución de la presión de vapor de la manera siguiente:
La disminución de la presión de vapor es proporcional a la fracción mol del soluto. Si se encuentran presentes varios solutos, la ecuación se transforma de la siguiente manera:
En una solución que contiene varios solutos no volátiles, la disminución de la presión de vapor
depende de la suma de las fracciones mol de los diversos solutos. POTENCIAL QUÍMICO EN SOLUCIONES IDEALES Sí una solución ideal líquida se encuentra en equilibrio con el vapor, la segunda ley de la termodinámica establece que el potencial químico del disolvente tiene el mismo valor en la solución que en el vapor, dicho entonces tenemos:
en donde
líquida es el potencial químico del disolvente en la fase líquida y
vapor es el
potencial químico del disolvente en la fase de vapor. Como el vapor es disolvente puro con una presión P y suponiendo que el vapor es un gas ideal, la expresión para
vapor estará dada por:
Aplicando la ley de Raoult y resolviendo el logaritmo tenemos:
Pero si estuviese en equilibrio el disolvente puro con su fase de vapor, la presión sería P°. Por lo que la condición de equilibrio es:
En donde
representa el potencial químico del disolvente líquido puro, si restamos esta
ecuación a la anterior tendremos:
Como se puede apreciar, en ésta ecuación no aparece nada relacionado con la fase de vapor, por lo tanto si omitimos el subíndice líquido, la ecuación se transforma de la siguiente manera:
es el potencial químico del disolvente puro en la disolución y
es el potencial químico del
disolvente en su fase líquida puro, en función de T y P, y x es la fracción mol del disolvente en la solución. Esta ecuación es una generalización de la forma obtenida para el potencial químico de un gas ideal en la mezcla.
MATERIAL MATERIAL 1 Kit de destilación a microescala 1 Termómetro 1 Pipeta graduada de 10 mL 2 Vasos de presipitados de 10 mL 1 Piseta 2 Jeringas de 3 mL nuevas
EQUIPO 1 Refractómetro 1 Mantilla 1 Reóstato
REACTIVOS Metanol
RESULTADOS DESTILACIÓN CH3OH 1 2 3 4 5 H2O
destilado
residuo
---1.3326 1.3345 1.3364 1.3390 1.3415 ----
---1.3353 1.3384 1.3409 1.3410 1.3333 ----
T eb °C 59 63 65 70 73 88 92
ANALISIS DE RESULTADOS
Busque en la literatura los coeficientes de la ecuación de Antoine para el H2O y CH3OH. Con estos datos elabore el diagrama T vs X a la presión donde realizó el experimento, asuma que la solución es ideal.
Metanol Agua
A 7.20519 16.2886
B 1581.993 3816.44
C 33.439 46.13
Presición[=]kPa 150
T1°
T2°
687.432982 686.932982 686.432982 685.932982 685.432982 684.932982 684.432982 683.932982 683.432982 682.932982 682.432982 681.932982 681.432982 292.267938
P1° 150 149.771693 149.543416 149.315171 149.086958 148.858776 148.630626 148.402509 148.174425 147.946373 147.718355 147.490369 147.262418 10.4655025
P2° 65250.7532 65019.6187 64788.989 64558.864 64329.2435 64100.1272 63871.5151 63643.4069 63415.8023 63188.7011 62962.1032 62736.0084 62510.4164 150
X1 1 0.99999648 0.99999294 0.99998937 0.99998577 0.99998215 0.99997851 0.99997484 0.99997115 0.99996742 0.99996368 0.9999599 0.9999561 -2.0369E-16
Y1 1 0.99847444 0.99694907 0.99542389 0.99389891 0.99237413 0.99084955 0.98932517 0.98780099 0.98627702 0.98475326 0.9832297 0.98170636 -1.4211E-17
690
640
590
540
) K ( a r u t a r 490 e p m e T
T-X T-Y
440
390
340
290 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Composicion molar (X)
Utilizando su curva patrón y con los índices de refracción de la fase vapor (destilado) y la fase líquida (residuo), calcule X H2O y YH2O a cada temperatura
DESTILACIÓN CH3OH 1 2 3 4 5 H2O
destilado
residuo
---1.3326 1.3345 1.3364 1.3390 1.3415 ----
---1.3353 1.3384 1.3409 1.3410 1.3333 ----
T eb °C 59 63 65 70 73 88 92
X Metanol 0.6613 0.6572 0.6552 0.6500 0.6470 0.6317 0.6276
Y H2O
0.3387 0.3428 0.3448 0.3500 0.3530 0.3683 0.3724
Con ayuda de los datos anteriores, elabore un diagrama T vs X sobre el anterior, sin olvidar los datos de los componentes puros. 1 0.9 0.8 0.7 0.6
e l t i T 0.5 s i x A
X Metanol Y H2O
0.4 0.3 0.2 0.1 0 50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Axis Title
Calcule el Gmez en todo el intervalo de composición y elabore un gráfico Gmez vs XH2O
CONCLUCIONES A partir de la experimentación pudimos encontrar los datos los cuales nos permitieron observar la variación que existe entre el punto de equilibrio en la interacción del metanol con el agua, y así mismo pudimos observarlo en las gráficas anteriores. Tal variación nos permite comprobar como apartir de la ley de Roult el quien es el disolvente (en este caso el agua) y cual era el soluto (metanol) y el como su comportamiento obedece a esta ley. BIBLIOGRAFIA
P.W. Atkins, J. De Paula, PHYSICAL CHEMISTRY, 8th Edition, O.U.P., 2006. G.W. Castellan, FISICOQUIMICA , 3ª Ed., Addison-Wesley Iberoamericana, 2000. W.J. Moore, QUIMICA FISICA, Urmo, 1977. I.N. Levine, FISICOQUIMICA, 5ª Edición, McGraw-Hill, 2004.
