SISTEMAS TERNARIOS LIQUIDO-LIQUIDO, COEFICIENTE DE REPARTO. Nombre: Felipe Acero, Acero, Luis Mario Auquilla, Auquilla, Christian Barros, Profesora: Ing. !sica Criollo. "ni#ersi$a$ $e Cuenca, Faculta$ $e Ciencias %u&micas, Carrera $e Ingenier&a %u&mica Asignatura: F&sico'%u&mica, Cuenca ( )cua$or, Fecha $e entrega: *+'-' */
SISTEMAS TERNARIOS LIQUIDO-LIQUIDO Introducción: Los $iagram $iagramas as ternari ternarios os son una herram herramien ienta ta 0til 0til para para e#alua e#aluarr las #ariacio #ariaciones nes $e concentraci1n $e tres componentes en un sistema. 2e pue$e presentar los casos $e: Liqui$o'liqui$o Liqui$o'gas 2oli$o'liqui$o 3iagramas ternarios liqui$o'liqui$o Deinición: Para un sistema $e tres componentes 4o ternarios5, tenemos f67'p8, para p6*, e9isten gra$os $e liberta$. Para po$er realiar un $iagrama ternario es necesario mantener constan constantes tes $os $os #ariab #ariables les 4en lugar lugar $e una como como ocurr&a ocurr&a en los sistema sistemass binari binarios5. os5. Manten$remos constantes tanto la ; como la P. esta se ha con#erti$o en la forma est=n$ar $e los sistemas ternarios. Las l&neas en este $iagrama est=n forma$as por los puntos que configuran los lugares geom!tricos en los que el porcenta?e $e una #ariable se mantiene constante. )stas l&neas, las po$emos $enominar @l&neas $e proporcionali$a$. Ca$a una $e ellas es en reali$a$ un $iagrama binario que reparte entre $os #ariables la proporci1n que resta tras atribuir al tercer componente un porcenta?e fi?o > $etermina$o. Para obtener una l&nea que represente un porcenta?e $etermina$o $e uno $e los elementos consi$era$os 4A, B o C5, se traa una paralela en el la$o opuesto al #!rtice ocupa$o por $icho componente $e forma tal que sus e9tremos sean los #alores $esea$os. )stos #alores #ienen $a$os por los $iagramas binarios que constitu>en los la$os que participan $el componente analia$o. Las l&neas $e proporcionali$a$ son paralelas a uno $e los la$os > mantienen fi?a en to$o to$oss sus sus punt puntos os la prop propor orci ci1n 1n $el $el elem elemen ento to que que ocup ocupaa el #!rt #!rtic icee opue opuest sto, o, in$epen$ientemente $e la relaci1n entre las proporciones $e los otros $os elementos.
Figura 1. Coordenadas para un diagrama triangular
)l punto M representa una mecla $e A, B > C, la $istancia perpen$icular $es$e el punto M hasta la base AB representa a la fracci1n $e masa C 9 $e C en la mecla en el punto M la $istancia a la base CB es la fracci1n $e masa A 9 $e A, > la $istancia a la base AC es la fracci1n $e masa B 9 $e B. 3e esta forma, 9A + 9B + 9C =* La presencia $e un soluto mo$ifica la solubili$a$ $e un $isol#ente en otro. Para representar este comportamiento, > po$er conocer si a una $etermina$a mecla le correspon$en una o $os fases. Los $iagramas triangulares l&qui$o'l&qui$o presentan caracter&sticas. Eecto de !" Te#$er"tur"
A me$i$a que aumenta la temperatura A > B son m=s solubles. Llega un momento en que A > B son totalmente solubles: ;- A > B son totalmente solubles. La ;- es la ;emperatura cr&tica $e la $isoluci1n. Para las e9tracciones l&qui$o ' l&qui$o tenemos que traba?ar con temperaturas menores que la ;emperatura cr&tica, porque sino obten$r&amos un 0nico l&qui$o 4una sola fase con los tres componentes no se po$r&an separar5 Eecto de !" $re%ión
)9cepto para presiones mu> ele#a$as, el efecto $e la presi1n suele ignorarse. 2e traba?a a P lo suficientemente ele#a$as, el sistema est= con$ensa$o 4fase l&qui$a5. Figura 2 Influencia de la temperatura.
SISTEMAS DE TRES LIQUIDOS PARCIALMENTE MISCI&LES. Ti$o I. For#"ción de un $"r de !'(uido% $"rci"!#ente #i%ci)!e%
Para un sistema ternario con un par parcialmente soluble, puede decirse que es el tipo de sistema que se encuentra más comúnmente en la extracción.
De la fgura 3, se observa que el líquido C se disuelve completamente en ! ", pero ! " sólo se disuelven entre sí, #asta cierto grado, para dar lugar a las soluciones líquidas saturadas en $ %rica en & ! en ' %rica en "&. (na me)cla binaria en * se separará Figura 3. Par de líquidos parcialmente miscibles en dos +ases líquidas insolubles de composiciones en $ ! ', !a que las cantidades relativas de las +ases dependen de la posición *. $a curva $P-' es la curva binodal de solubilidad, que indica el cambio en la solubilidad de las +ases ricas en ! " al agregar C. (na me)cla +uera de esta curva será una solución #omognea de una +ase líquida. (na me)cla ternaria por deba/o de la curva, como 0, +orma dos +ases líquidas insolubles saturadas de composiciones en el equilibrio. $a línea - que une estas composiciones en el equilibrio es una línea de unión %recta de reparto& que representa la concentración de las dos +ases en equilibrio, que necesariamente debe pasar a travs del punto 0% punto de me)cla&. 1a! un número fnito de líneas de unión en la región de dos +ases, pero sólo se muestran unas cuantas. Cuando la pendiente %de la recta de reparto& es una línea #ori)ontal. 2e dice que estos sistemas son solutrópicos4. -l punto P, punto de pliegue, la última de las líneas de unión ! el punto en donde se encuentran las curvas de solubilidad del rico en ! rico en ", generalmente no se encuentra en el valor máximo de C sobre la curva de solubilidad. -l porcenta/e de C en la solución - es claramente ma!or que en 5 se dice que en este caso la distribución de C +avorece la +ase rica en ".
Ti$o II. For#"ción de do% $"re% de !'(uido% $"rci"!#ente #i%ci)!e%
"n e?emplo $e este tipo es el sistema clorobenceno4A5'agua 4B5'metil'etilcetona4C5, en $on$e A > C son completamente solubles, mientras que los pares A'B > B'C presentan 0nicamente una solubili$a$ limita$a. bs!r#ese la figura -. Los puntos D > representan las solubili$a$es mutuas $e A > B, > los puntos E > L, las $e B > C. Las cur#as DE 4rica en A5 > )L 4rica en B5 son las cur#as $e solubili$a$ ternarias las meclas fuera $e la ban$a entre estas cur#as forman soluciones l&qui$as homog!neas $e una sola fase. Las meclas como M, $entro $el =rea heterog!nea, forman $os fases l&qui$as en el equilibrio, en ) > , uni$as me$iante l&neas $e uni1n
Figura 4. Dos pares de líquidos parcialmente miscibles.
Ti$o III. For#"ción de tre% $"re% de !'(uido% $"rci"!#ente #i%ci)!e%
)stos sistemas son inusuales > pue$en llegar a ser mu> comple?os en las relaciones #ariables que surgen al cambiar la temperatura. Cuan$o los tres l&qui$os son parcialmente solubles entre s&, se pro$ucen tres cur#as
bino$ales, en la figura / 4a5 temperaturas lo suficientemente ele#a$as, como para que no e9istan intersecciones entre $ichas cur#as. Figura 5. res pares de líquidos parcialmente miscibles. Aqu&, $e nue#o, las =reas $entro $e las cur#as in$ican regiones l&qui$as bif=sicas, mientras que en las =reas e9ternas s1lo e9iste una fase presente. 2in embargo, a temperaturas m=s ba?as pue$e suce$er que, como en la figura /4b5, las cur#as se intercepten, hacien$o que el $iagrama a$opte la forma mostra$a E*ercicio de %i%te#"% tern"rio%. 2uponga que el sistema ternario $el punto < est= constitui$o por un total $e - moles. Calcule el n0mero $e moles $e ca$a componente en ca$a fase.
2abien$o que Para la fase F es: Gac6,H Gagua6, Get6. Para la fase E es: Gac6,7 Gagua6,/ Get6.+
COEFICIENTE DE REPARTO
Cuan$o un soluto se pone en contacto entre $os l&qui$os no miscibles entre s& o ligeramente miscibles esta empear= a $istribuirse entre ambas fases en una $etermina$a proporci1n que $epen$e $e su afini$a$ qu&mica por ca$a una $e ellas. La relaci1n entre las concentraciones $e soluto en las $os fases ten$r= un #alor constante que se $enomina coeiciente de re$"rto, D. D 6 CA J CB 3on$e: CA' concentraci1n $el soluto en la fase I CB' concentraci1n $el soluto en la fase II Las concentraciones CA > CB pue$en e9presarse en cualquier uni$a$, pero la misma en ambas concentraciones. )l coeficiente $e reparto es una constante $e equilibrio, $epen$e $e la temperatura > $e la naturalea $e los sol#entes > soluto in#olucra$os, > no $e la canti$a$ $e los sol#entes > soluto. La constante $e $istribuci1n o $e reparto se aplica en la e9tracci1n $e sustancias $isueltas me$iante $isol#entes en las que son m=s solubles. esulta m=s efica emplear el $isol#ente fracciona$o en #arias e9tracciones sucesi#as, que emplear to$o el $isol#ente en una e9tracci1n. E*ercicio%: "n estu$iante $isuel#e H. g $e un compuesto en / ml $e agua. )sta soluci1n se e9trae con / ml $e !ter > se encuentra que la fase et!rea contiene . g $el compuesto. Calcule el coeficiente $e $istribuci1n $el compuesto. esoluci1n D$ 6 C4capa eterea5JC4capa acuosa5 D$ 6 4.J/5 J 4H.J/5 D$ 6 .77
Deter#in"ción de! coeiciente de re$"rto en e! !")or"torio 2uponien$o que tenemos una sustancia soluble en un $isol#ente G*, > esta misma sustancia es a0n m=s soluble en un segun$o $isol#ente no miscible con G*, que llamaremos G, po$emos e9traer la sustancia $e G*, agreg=n$ole el sol#ente G, agitan$o la mecla > luego separan$o las $os fases. )ste proceso se llama e9tracci1n, > es mu> usa$o a ni#el in$ustrial, para e9tracci1n $e aceites, grasas > pigmentos. La e9tracci1n nunca ser= completa, pero se obtienen buenos resulta$os agregan$o G en fracciones, es $ecir, agregan$o un poco $e G, agitan$o, > luego agregan$o m=s G. )9isten $iferentes m!to$os para me$ir el coeficiente $e reparto. "no $e los m=s usa$os es el m!to$o $el embu$o $e $ecantaci1n.
Como se #e en la foto, se colocan las $os fases en un embu$o $e $ecantaci1n, por e?emplo, octanol > agua, > se $isuel#e soluto en ellas. Luego se $etermina la concentraci1n $e soluto en ca$a una $e las fases, > se obtiene el coeficiente $e reparto. )9isten #arios m!to$os para $eterminar la concentraci1n $el soluto en los $istintos $isol#entes. Las concentraciones se pue$en me$ir por e?emplo por espectroscop&a, o aKa$ien$o un traa$or ra$ioacti#o a la muestra. )l m!to$o $el frasco $e agitaci1n tiene como #enta?as que es un m!to$o preciso para un amplio rango $e solutos, > que no tenemos que conocer pre#iamente la estructura qu&mica $el soluto para conocer su coeficiente $e reparto. )ntre las $es#enta?as que presente este m!to$o, tenemos que lle#a bastante tiempo, > que si la sustancia estu$ia$a es altamente hi$r1fila o hi$r1foba, la concentraci1n en una $e las $os fases ser= mu> ba?a, > por lo tanto $if&cil $e cuantificar con precisi1n. A$em=s, para el m!to$o $el frasco $e agitaci1n, la solubili$a$ $ebe ser completa, > pue$e resultar complica$o $etectar canti$a$es pequeKas $e soluto sin $isol#er.
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