UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE ING. QUMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE FISICOQUMICA II QU435 C

PERIODO ACADMICO 2011 I

DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA TERNARIO

Profesores:

Ing. BULLN CAMARENA, Olga Ing. HERMOZA GUERRA, Emilia

Integrantes: MERCADO GRANADOS, JOS DIAZ RODRGUEZ, JORGE

Grupo: 3

LIMA PER

INDICE

1. OBJETIVOSPg. 3

2. FUNDAMENTO TEORICOPg. 3

3. DATOSPg. 6

3.1. DATOS EXPERIMENTALESPg. 6

3.2. DATOS BIBLIOGRFICOSPg. 6

4. TRATAMIENTO DE DATOSPg. 6

5. DISCUSIN DE RESULTADOSPg. 9

6. CONCLUSIONESPg. 10

7. RECOMENDACIONESPg. 10

8. BIBLIOGRAFAPg. 10

DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA TERNARIO

1. OBJETIVOS

Analizar el comportamiento de un sistema ternario conformado por agua, cloroformo y cido actico a temperatura ambiente. Producir un diagrama de fases presentando la curva de solubilidad y las de lneas de reparto de tal sistema ternario en observacin.

2. FUNDAMENTO TERICO

De acuerdo a la regla de las fases de Gibbs, cuando observa una sola fase en un sistema de tres componentes como el que estudiaremos, los grados del libertad son 4 . Por lo tanto, para describirlo completamente habr que fijar 4 de las 5 variables del sistema (T, P y concentraciones de cada uno de los tres componentes). Como los grficos de tantas variables son muy difciles de interpretar, se elige mantener algunas de ellas constantes y graficar las restantes una contra otras. En nuestro caso se trabajar en condiciones de presin y temperatura constantes y se graficar el nmero de fases del sistema respecto de las concentraciones de sus tres componentes en un diagrama triangular, en unidades de porcentaje en masa. Para un sistema dado de tres componentes lquidos, existirn composiciones para las cuales la solubilidad es completa, resultando la mezcla en una sola fase. Entonces, a P y T cte., sern 2 los grados de libertad, debiendo establecerse dos de las tres concentraciones para describir completamente la situacin del sistema. Pero pueden darse composiciones en las cuales se supera la solubilidad y aparecen dos fases inmiscibles, cada una con los tres componentes en cierta proporcin. Nuestro objetivo es construir y aprender a manejar un diagrama ternario, determinando la curva de solubilidad del sistema ternario por titulacin hasta la aparicin desaparicin de dos fases. Esta curva lmite separa la zona de composiciones que dan un sistema monofsico de las que dan un sistema bifsico. Cmo leer el grfico: Los compuestos puros se ubican en los vrtices del tringulo. Los lados del tringulo representan composiciones de mezclas binarias entre pares de componentes (ej. : lnea AC % en masas de mezclas de A y C). Las lneas paralelas a un lado del tringulo representan las concentraciones del componente que se encuentra en el vrtice opuesto ( ej.: b y b respecto del componente B , desde el 0% de B en la lnea AC hasta el 100% de B en el vrtice B)- Fig.1-

Por lo tanto, cuando comienza a agregarse un tercer componente a una mezcla binaria, las composiciones totales de los sistemas que se forman, se van ubicando a lo largo de una recta que une la composicin de partida con el vrtice del tercer componente.-Fig 2- Si, como se observa en la misma Fig.2, por agregado de un tercer componente, se pasa de un sistema monofsico a uno bifsico o viceversa, se ha cruzado la lnea lmite curva de solubilidad del sistema en uno u otro sentido. Ese punto se observar como turbidez aspecto lechoso previo a la formacin de fases en el otro caso a la solubilizacin total de las mismas. Se graficarn las composiciones en % en peso de esos puntos, para distintas mezclas de partida, estableciendo entre todos los grupos el diagrama de fases del sistema en estudio a la presin y temperatura del da en que se realiz el trabajo prctico. Diagramas ternarios como ste tienen mltiples aplicaciones en el campo de la tecnologa y la industria. Son el resultado de muchsimo trabajo experimental cuyos resultados se utilizan para la prediccin del comportamiento de los sistemas respecto a sus fases en distintas condiciones. PROPIEDADES DEL TRIANGULO DE CONCENTRACIONESEl tringulo equiltero elegido para representar las concentraciones de un sistema ternario tiene la enorme ventaja de ser una figura muy regular con bastante simetra, y con una geometra muy simple. A continuacin se vern las propiedades geomtricas que se usan al estudiar el equilibrio heterogneo en sistemas ternarios.

1. El tringulo equiltero tiene iguales sus lados, sus ngulos internos y externos, sus alturas, sus transversales de gravedad y sus bisectrices. Cada altura coincide con la transversal de gravedad, con la bisectriz y con la simetral correspondiente de modo que el baricentro es a la vez ortocentro y centro del tringulo.2. Si los lados del tringulo expresan las concentraciones de A, B y C ( en fracciones molares o en porcentaje en peso), entonces la concentracin de A, B y C de un punto P cualquiera en el interior del tringulo viene dada por:

(O porcentaje de B);

(O porcentaje de C);

(O porcentaje de A);Si el punto P est expresado en coordenadas dadas en porcentaje en peso, no tiene porqu coincidir con el punto P equivalente, expresado en coordenadas dadas en fracciones molares.3.

Una transversal cualquiera, por ejemplo CQ en la figura, es el lugar geomtrico de los puntos que cumplen la condicin , o bien, en el caso que el tringulo est expresado en porcentaje en peso.4.

Una paralela a cualquier lado del tringulo, por ejemplo MN / AB en la figura, debe satisfacer la relacin que la suma de las concentraciones de los componentes ubicados en el lado paralelo es constante. As, para MN se tiene , o bien 5. Si se elige, por ejemplo el punto P ubicado en el interior del tringulo AQC de la figura, las concentraciones de l pueden quedar expresadas en trminos de A, Q y C, pero es imposible expresarlas en trminos de Q, B y C porque el tringulo QBC ni siquiera contiene al punto P.

LNEAS Y REGLAS DE ALKEMADESe entiende por lnea de Alkemade dentro o en la periferia de un diagrama ternario, la recta que une las composiciones de 2 fases primarias cuyas reas son adyacentes y la interseccin de las cuales forma una curva lmite entre fases. Dicho en otras palabras es la lnea que une a un compuesto AB con el tercer componente del sistema ternario.Esta definicin es muy importante para una correcta interpretacin de ternarios, y para el trabajo de aplicacin de los diagramas.Las lneas de Alkemade dependen de los datos experimentales, luego son resultados o consecuencia de ello.Como las lneas de Alkemade son muy importantes en los enfriamientos, se ven dos reglas importantes.Reglas de Alkemade:1. La temperatura, a lo largo de una curva lmite entre fases, decrece alejndose de la lnea de Alkemade.2. La temperatura mxima en una curva lmite entre fases se encuentra en la interseccin de sta con la lnea de Alkemade (o en la extrapolacin de sta en el caso que no la corte)

3. DATOS

a) Datos experimentales

Temperatura de trabajo: 27,0 C. Presin de trabajo: 753 mmHg.

LINEA DE REPARTO

N de mezcla34

Volumen de agua (mL)4,55,0

Volumen de CHCl3 (mL)6,03,0

Volumen de CH3COOH (mL)1,55,0

Tabla 1. Volumen de reactivos para la experiencia

N de mezclaVolumen de Muestra (mL)Masa de probeta M1 (g)Masa de probeta + muestra M2 (g)Masa de muestra:M2 M1 (g)Volumen de NaOH (mL)

32,026,828,61,813,0

42,026,828,832,0329,5

Tabla 2. Masa de la solucin acuosa y volumen utilizado de NaOH al titular

CURVA BINODAL

N de mezcla1123456789

Volumen de agua (mL)0,10,30,40,71,518,510,06,56,018

Volumen de CHCl3 (mL)7119,58,57,20,21,02,55,01

Volumen de CH3COOH (mL)24,85,246,18,89,410,412,43,4

Tabla 3. Volumen de reactivos utilizados en cada muestra

[NaOH] = 0,484 N

b) Datos bibliogrficos

H2O = 0,998 g/mL (a 20C) CHCl3 = 1,489 g/mL CH3COOH = 1,049 g/mL Peso molecular CH3COOH = 60,05 g/mol

4. TRATAMIENTO DE DATOS

LINEAS DE REPARTO

Para hallar las lneas de reparto necesitamos de dos puntos, el tercero queda ya definido por la extrapolacin.

Figura 3. Lnea de reparto

Donde el punto A queda definido por las concentraciones iniciales (% Peso) de los tres componentes, mientras que B se define la concentracin de la mezcla (rica en agua) en la curva binodal. Para hallar el punto A necesitamos saber el porcentaje en peso de cada componente inicialmente en la mezcla. Para esto se emplear la siguiente frmula:

Para hallar la masa de cada componente se har:

Y para hallar la masa total se emplear:

Tomando los datos de la Tabla 1 y los datos bibliogrficos, se obtiene para la mezcla 3:

Componentesmi (g)% Componentei

Agua4,4930

CHCl38,9360

CH3COOH1,5710

mt = 14,99 g

Tabla 4. Porcentaje de los componentes para ubicacin en el triangulo.

Tomando los datos de la Tabla 1 y los datos bibliogrficos, se obtiene para la mezcla 4:

Componentesmi (g)% Componentei

Agua5,034

CHCl34,531

CH3COOH5,235

mt = 14,7 g

Tabla 5. Porcentaje de los componentes para ubicacin en el triangulo.

Para hallar el punto B (composicin de la mezcla rica en agua), utilizaremos la titulacin a partir del cual obtendremos el nmero de moles del CH3COOH.

NOTA: 1 y 2 para los dos casos es igual a uno.

Una vez obtenida el nmero de moles de CH3COOH lo multiplicamos por su masa molar, para as obtener la masa del mismo, este se divide entre la masa total de la muestra tomada para la titulacin y se multiplica por 100% y se obtiene as el porcentaje en peso del CH3COOH.

Con el porcentaje de CH3COOH es suficiente para hallar el punto B ya que al interceptarse ste con la curva binodal se obtendr dicho punto. Tomando los datos de la Tabla 2, la y el peso molecular del CH3COOH se obtiene:N de mezclaMasa de muestraVolumen de NaOH (mL)% CH3COOH

31,81321

42,0329,542

Tabla 6. Porcentaje de cido actico en la solucin acuosa. CURVA BINODAL

Figura 4. Curva binodal

Como la curva binodal se caracteriza por ser el lmite entre el sistema cuando es monofsico y cuando presenta dos fases, solo sera necesario encontrar el porcentaje en peso cuando este lmite sucede. Para esto se emplear la siguiente frmula:

Para hallar la masa de cada componente se har:

Y para hallar la masa total se emplear:

Tomando los datos de la Tabla 3 y los datos bibliogrficos de densidadesN Mezcla1'123456789

% agua (peso)0.7911.3823.988.0465.9646.7930.7122.6578.04

% CHCl3 (peso)82.5975.4370.7272.1157.591.066.9817.6328.166.47

% CH3COOH (peso16.6223.227.2323.9134.3732.9746.2351.6649.215.49

PuntosCDEFGHIJKL

5. DISCUSIN DE RESULTADOS

al agitar las peras ,el CHCl3 se burbujea con agua que es diferente a que el agua sea soluble, ello causa errores al momento de titular la fase rica en agua ya que se encontrara menos agua de lo respectivo, ya que el agua se encuentra en burbujas suspendidas en el CHCl3 por ello es necesario el tiempo de reposo 6.1 - los grados de libertad en todo el triangulo varan segn la grafica:

En la pera al momento de dejar que se separen H2O y CHCl3 se observa que la parte superior (fase rica en agua) es turbia y la parte inferior (fase rica en cloroformo) es transparente. Se debe votar los vapores que se desprenden dentro de la pera a cada momento. Es sumamente importante secar las peras para realizar el experimento obteniendo resultados ms acertados.

6. CONCLUSIONES

Las lneas de reparto se consiguen solamente con dos puntos el tercero queda definido por extrapolacin. En la pera de decantacin se observo dos fases se vio una fase encima de otra la fase superior correspondi a la acuosa mientras que la fase inferior correspondi a la fase rica en cloroformo, ya que este es ms denso en comparacin al agua. La utilizacin de acido actico sirvi para hacer un grfico TIPO I donde ste es miscible en las otras dos sustancias. Se comprob que el acido actico mejor la solubilidad de las otras dos sustancias entre s, esto se observa por la existencia de la curva binodal, donde por encima de esta se ve un sistema monofsico. La mezcla de los tres lquidos forman disoluciones ternarias conjugadas, es decir, dos capas saturadas, una acuosa y otra orgnica. El cido actico es ms soluble en agua que en el cloroformo , formando lneas de unin (reparto) no horizontales y con pendientes distintas. Por encima del punto mximo de la curva binodal, ser una solucin homognea de una fase liquida. Una mezcla por debajo y dentro de la curva forma dos fases liquidas insolubles saturadas de composiciones en equilibrio. Las lneas que unen las composiciones en equilibrio son las denominadas lneas de unin. Los grados de libertad necesarios dentro de la curva binodal es de uno, en cambio por encima de esta es de dos grados de libertad.

7. BIBLIOGRAFIA

Atkins, P.W.FISICOQUIMICA.3era Edicin .Cp.9.Ao 1982.PAG 234,236-230. Castellan, G.W.FISICOQUIMICA.2DA Edicion.Massachusetts, EEUU. Editorial Fondo Educativo Interamericano S.A. Ao 1976.Pg 342-346 Maron Prutton.FUNDAMENTOS DE FISICOQUIMICA. 28ava Edicin Mxico .Editorial Limusa S.A. Ao 2002 .Pg 383-386.1