ContenidoOBJETIVOS..........................................................................................................................................2

FUNDAMENTO TEORICO....................................................................................................................2

DATOS................................................................................................................................................5

Datos experimentales....................................................................................................................5

Datos Bibligraficos..........................................................................................................................5

A. Líneas de Reparto..............................................................................................................6

B. Curva Binodal.....................................................................................................................6

TRATAMIENTO DE DATOS..................................................................................................................6

DISCUSION DE RESULTADOS............................................................................................................12

CONCLUSIONES................................................................................................................................12

RECOMENDACIONES........................................................................................................................12

BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................................13

Libros............................................................................................................................................13

Página Web..................................................................................................................................13

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DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA TERNARIO

OBJETIVOS Comprender mediante determinaciones experimentales el fenómeno de equilibrio líquido

–líquido de un sistema ternario. Determinar experimentalmente la curva de solubilidad del sistema ternario ácido acético –

cloroformo – agua. Trazar las líneas de reparto e interpretar la información contenida en el diagrama de fases

de un sistema ternario.

FUNDAMENTO TEORICOEl ácido acético y el agua son dos especies totalmente miscibles entre si. Es decir, con independencia de las proporciones empleadas, el resultado de mezclar estos dos componentes es siempre una disolución homogénea. Lo mismo ocurre con el sistema formado por ácido acético y triclorometano (cloroformo). Cualesquiera que sean las proporciones empleadas, estos dos componentes son totalmente miscibles y por tanto forman una disolución homogénea.

La condición para que dos especies sean totalmente miscibles es que sus moléculas tengan naturalezas similares. Siendo así, el nuevo sistema formado por una disolución, en las que las moléculas de una especie están rodeadas por las de la otra, esta favorecido termodinámicamente frente a la permanencia de los dos sistemas iniciales por separado.

El sistema formado por agua y triclorometano es totalmente diferente. Estos componentes son prácticamente inmiscibles, lo que quiere decir que cuando se mezclan no se disuelven el uno en el otro. La naturaleza microscópica de sus moléculas es muy distinta y se repelen. Como resultado, los dos líquidos se mantienen separados formando dos fases diferentes. Es decir, termodinámicamente resulta más estable mantener los dos sistemas por separado que construir un hipotético nuevo sistema en el que las moléculas de una especie estén rodeadas por las de la otra.

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Supongamos que a una mezcla bifásica formada por agua y triclorometano se le añade un poco de ácido acético. Como el ácido acético es soluble en ambas especies, se disuelve en las dos fases. Estas permanecen inmiscibles, sin embargo se ha dado un cambio cualitativo importante.

Ahora las dos fases no están constituidas por componentes puros, sino que ambas son disoluciones de dos componentes que contienen uno en común, el ácido acético, en concentraciones muy pequeñas.

Si continuamos añadiendo ácido acético, las fases se van haciendo cada vez más concentradas en este componente. A nivel molecular, en la fase inicialmente formada por triclorometano, cada vez existen más moléculas de esta especie rodeadas por las del ácido acético. Algo similar ocurre con las fase acuosa donde los iones acetato se distribuyen entre las moléculas de agua.

Alcanzada una concentración límite de ácido acético, el sistema sufre un cambio sustancial y pasa a ser bifásico, a estar constituido por una sola fase (figura 1). Este hecho se explica porque las moléculas de triclorometano y las del agua, se mantienen alejadas entre sí, separada por una extensa región de iones acetato. El nuevo sistema constituye una configuración termodinámicamente más estable que la representada por ambas disoluciones por separado.

La cantidad de ácido acético necesaria para transformar el sistema bifásico en uno homogéneo depende de las proporciones iniciales de triclorometano y agua. Es decir, una mezcla bifásica que contiene inicialmente 10% de triclorometano y un 90% de agua, requiere una cantidad de ácido acético diferente que una mezcla bifásica con 50% de triclorometano y 50% de agua.

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Si se representa en un diagrama triangular de porcentaje en masa, las concentraciones de los tres componentes correspondientes, al instante en el que el sistema se transforma en una sola fase, se obtiene la curva de solubilidad (figura 2).

El área que queda por debajo de esta curva representa a todas las mezclas de estos tres componentes que dan lugar a dos fases. El área que queda por encima representa por lo tanto, las proporciones que una vez mezcladas dan sistemas homogéneos con una sola fase.

El diagrama triangular, constituye la representación más adecuada para sistemas ternarios como el descrito. Cada vértice representa el 100% en peso de una componente, mientras que las bases opuestas a estos, representan proporciones del 0% de este componente.

En base a esta información y para familiarizarse con el uso del diagrama triangular de Stokes y Roozeboom, identifique cada punto representado en la figura 3, con las concentraciones cuyo se muestran en la siguiente tabla.

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Para obtener el triángulo esquematizado en la figura 4, se trazan las paralelas a cada lado del triángulo, eligiendo la escala más conveniente como para que sin perder precisión en la representación de los datos, el diagrama resulte fácilmente legible.

DATOS

Datos experimentalesCNaOH= 0.4 N

Temperatura de trabajo = 26°C

Presion de trabajo= 756mmHg

Datos Bibligraficos ρ Agua= 0.996783 g/ml Referencia: Perry, “Chemical Engineers’ handbook, 7th edition, table 2-28ρ Cloroformo= 1.483 g/ml Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Cloroformoρ Hac= 1.0428 g/ml Referencia: Perry, “Chemical Engineers’ handbook, 7th edition, table 2-110

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A. Líneas de Reparto

N° de pera de

decantación

Composición de mezcla (ml)

Masa, Volumen y densidad de mezcla

a titular

Fase rica en aguaVolumen de NaOH

(ml)

5Agua= 3 ml 2.05 g

25.5Cloroformo= 6 ml 2 mlÁcido acético= 3 ml 1.025 g/ml

6Agua= 5 ml 2.1 g

15.7Cloroformo= 5 ml 2.1 mlÁcido acético= 2 ml 1 g/ml

B. Curva Binodal

N° Mezcla 1 2 3 4 5 6 7 8Vol. de agua (ml) 0.3 0.4 0.7 1.5 18.5 10.0 6.5 6.0Vol. de CHCl3 (ml) 11.0 9.5 8.5 7.2 0.2 1.0 2.5 5.0Vol. de Hac (ml) 4.7 4.8 5.1 6.3 0.9 8.4 10.8 11.9

TRATAMIENTO DE DATOS1. A partir de los datos obtenidos del procedimiento B completar el siguiente cuadro y

graficar el diagrama de fases correspondiente en papel triangular.

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Moles de H2O

Moles de CHCl3

Moles de HAc

Moles totales

0.0166 0.1362 0.08216 0.234960.0221 0.1176 0.0839 0.22360.0387 0.1052 0.0891 0.2330.083 0.089 0.1101 0.2821

1.0236 0.00247 0.0157 1.041770.553 0.0123 0.1468 0.7121

0.3596 0.03096 0.188 0.578560.332 0.06192 0.208 0.60192

Masa de H2O

Masa de CHCl3

Masa de HAc

Masa total

0.2988 16.28 4.93 21.50880.3984 14.06 5.0352 19.49360.6972 12.58 5.349 18.62621.494 10.656 6.608 18.758

18.426 0.296 0.944 19.6669.96 1.48 8.811 20.251

6.474 3.7 11.33 21.5045.976 7.4 12.483 25.859

GRAFICA DE LA CURVA BINODAL

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N° de mezcla

% en peso Fracción molarH2O CHCl3 HAc H2O CHCl3 HAc

1 1.39 75.69 22.92 0.07 0.58 0.352 2.04 72.13 25.83 0.1 0.52 0.383 3.74 67.54 28.72 0.17 0.45 0.384 7.96 56.81 35.23 0.29 0.32 0.395 93.69 1.51 4.8 0.98 0.0025 0.01756 49.18 7.31 43.51 0.78 0.02 0.27 30.11 17.21 52.69 0.62 0.06 0.328 27.11 28.62 48.27 0.55 0.1 0.35

2. Con los datos obtenidos en el laboratorio, complete el siguiente cuadro y grafique en el diagrama de fases las líneas de reparto correspondiente.

N° de Mezcla

Fase rica en cloroformo Fase rica en agua%Peso Hac Frac. Molar Hac %Peso Hac Frac. Molar Hac

56

Para la Muestra 5:Punto X1

VAgua= 3 ml ρ Agua= 0.996783 g/ml mAgua= 2.990349 gVCloroformo= 6 ml ρ Cloroformo= 1.483 g/ml mCloroformo= 8.898 g

VHac= 3 ml ρ Hac= 1.0428 g/ml mHac= 3.1284 g mTotal= 15.016749 g

%mAgua= 20% %mCloroformo= 59% %mHac= 21%

Punto 1Fase Ligera o Fase AcuosaVNaOH= 25.5 mlNNaOH= 0.4 NVsol lig= 2 mlmsol lig= 2.05 gρ sol lig= 1.025 g/mlMHac= 60 g/molEn la titulación de ácido acético con el NaOH se cumple:

¿ EqHac=¿EqNaOHN HacV Hac=N NaOHV NaOH

CHacV solligθHac=N NaOH V NaOHCHac (2ml ) (1 )=(0.4M )(25.5ml)

CHac=5.1M

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De la concentración del ácido acético:

CHac=nHacV sollig

=

mHacMHac

V sollig

mHac=CHacV solligM Hac

%mHac=mHacm sollig

x 100%=C HacV solligM Hac

msolligx 100%=

CHacM Hac

ρsol ligx 100%

%mHac=(5.1M )(2 x10−3 L)(60)

(2.05 g)x100 %=29.85 %

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Para la Muestra 6:

Punto X2

VAgua= 5 ml ρ Agua= 0.996783 g/ml mAgua= 4.983915 gVCloroformo= 5 ml ρ Cloroformo= 1.483 g/ml mCloroformo= 7.415 g VHac= 2 ml ρ Hac= 1.0428 g/ml mHac= 2.0856 g mTotal= 14.484515 g

%mAgua= 34.4% %mCloroformo= 51.2% %mHac= 14.4%

Fase rica en agua

Fase rica en cloroformo

GRAFICA DE LINEAS DE REPARTO DE LA

MUESTRA 5

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Punto 2Fase Ligera o Fase AcuosaVNaOH= 15.7 mlNNaOH= 0.4 NVsol lig= 2.1 mlmsol lig= 2.1 gρ sol lig= 1 g/mlMHac= 60 g/molEn la titulación de ácido acético con el NaOH se cumple:

¿ EqHac=¿EqNaOHN HacV Hac=N NaOHV NaOH

CHacV solligθHac=N NaOH V NaOHCHac (2 .1ml ) (1 )=(0.4M )(15.7ml)

CHac=3M

De la concentración del ácido acético:

Fase rica en cloroformo

Fase rica en agua

GRAFICA DE LINEAS DE REPARTO DE LA

MUESTRA 6

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N° de Mezcla

Fase rica en cloroformo Fase rica en agua%Peso Hac Frac. Molar Hac %Peso Hac Frac. Molar Hac

5 17 0.17 29.85 0.29856 12 0.12 18 0.18

DISCUSION DE RESULTADOS En la determinación de las líneas de reparto la solución que se utilizó, fue la de la fase

ligera o acuosa, ya que en esta fase el ácido acético se disuelve de forma más consistente en esta solución y hace posible que al momento de titular con el NaOH el volumen que se utilicé de este sea el correcto, que a diferencia de la fase pesada u orgánica nos pueda salir un valor equivocado.

En la gráfica binodal obtenida anteriormente en el diagrama triangular observamos la tendencia a una curva que va creciendo hasta cierto punto y luego la misma decrece esto debido a que alcanza el punto máximo aproximadamente %30.11 de agua ;%17.21 cloroformo y %52.69 de ácido acético donde se dará el cambio de dos fases a una sola fase

FOCO

GRAFICA DE LINEAS DE REPARTO

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Esta crecida y caída de la gráfica depende de las cantidades, concentraciones de cada sustancia en la solución ternaria.

CONCLUSIONES El ácido acético es más soluble en agua que en cloroformo, llegamos a esta conclusión

viendo la pendiente de las líneas de reparto en el diagrama triangular, y el elevado % de ácido acético presente en la fase acuosa.

La miscibilidad del cloroformo y agua depende totalmente de la concentración de ácido acético que se encuentre la disolución.

El sistema de tres líquidos formado por cloroformo - agua- ácido acético, forma sistemas solubles e insolubles.

Concluimos que la gráfica binodal es un método fácil para determinar el equilibrio y límite de fases y de la solución ternaria.

Por encima del punto máximo de la curva binodal, será una solución homogénea de una fase liquida, en cambio por debajo y dentro de la curva la solución forma dos fases liquidas insolubles.

RECOMENDACIONES Indispensable realizar la practica en dos sesiones (6 horas). Agitar más tiempo para ver qué tipo de comportamiento tiene la curva binodal. Trabajar a distintas temperaturas para realizar un diagrama tridimensional. Una posible mejora seria aclarar el concepto de turbidez con todos los grupos, ya que cada

grupo y cada persona tiene un concepto deferente de turbidez a otro. Para ello podría emplear un fotómetro de manera que podamos medir la turbidez en cada momento, de esta manera homogenizaríamos este concepto.

Dejar reposar el decantador más tiempo, para poder llegar a un estado más cercano al equilibrio.

BIBLIOGRAFIA

Libros Brown, G.G., Operaciones básicas de la Ingeniería Química, Ed. Marín. Coulson, J.M.; Richarson J.F., Ingenieria Quimica, Tomo II, Ed. Reverté. DANIELS A. "Físico-química". Perry Green, Chemical Engineers’ Handbook, 7° Ed., McGrawHill: New York, 1990.

Página Web http://www.uv.es/qflab/2012_13/descargas/cuadernillos/FisicaApli_FisicoQuimi/

castellano/Pract1FAFQ0506.pdf http://www.docstoc.com/docs/114401643/TPL-Sist-Liq-Tern-ALimentos-y-convenio

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