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EQUILIBRIO LQUIDO - VAPOR

FISICOQUMICA II PG. 1

INTRODUCCION

El equilibrio entre el vapor y el lquido de un compuesto est representado por la relacin de moles de

vapor y lquido a una temperatura determinada, tambin puede estudiarse este equilibrio a partir de sus

presiones de vapor.

La solucin ideal se define como aquella que obedece la Ley de Raoult en todo intervalo de

concentraciones.

La Ley de Raoult establece que la relacin entre la presin de vapor de cada componente en una solucin

ideal es dependiente de la presin de vapor de cada componente individual y de la fraccin molar de cada

componente en la solucin. La ley debe su nombre al qumico francs Franois Marie Raoult (1830-

1901).

En equilibrio Liquido - Vapor, la relacin que se comporta segn la idealidad de la Ley de Raoult sera la

siguiente: Pt Y1 = X1 P1o.

Las soluciones reales, en cambio, no se ajustan a la Ley de Raoult.



RESUMEN

En la prctica de Equilibrio Lquido Vapor, se determinar el diagrama temperatura composicin y el

diagrama x-y, para una mezcla lquida de dos componentes.

En las condiciones de laboratorio, la temperatura ambiente se registro a 24C a 756 mmHg con un 95 %

de humedad relativa.

Para realizar la experiencia nos hemos apoyado en el principio terico de soluciones reales en una mezcla

Azeotrpica.

Los resultados obtenidos en la experiencia fueron Xazeot. 1-Propanol =0.31 y Xazeot. Agua = 0.69 con una

temperatura de 81C en el punto azeotrpico, originndonos un Error= 8.06%.

Llegamos a la conclusin de que una mezcla azeotrpica es aquella que presenta un punto de ebullicin

ms alto o ms bajo que el de sus componentes, estas mezclas no se separan por destilacin fraccionada

ya que el vapor que se forma presenta composicin igual que el lquido de que proviene; es decir la

composicin del destilado es igual a la del residuo.

Para poder mejorar los resultados se recomienda que el alumno deba tapar inmediatamente la solucin

que se encuentra en el baln, al momento de sacar residuo o agregar el incremento, debido a que son

sustancias voltiles.



PRINCIPIOS TERICOS

PRESIN DE VAPOR DE UNA SOLUCIN IDEAL

Si un soluto tiene una presin de vapor medible, la presin de vapor de su disolucin siempre es menor que la del disolvente puro. De esta forma la relacin entre la presin de vapor de la disolucin y la presin

de vapor del disolvente depende de la concentracin del soluto en la disolucin.

Esta relacin entre ambos se formula mediante la Ley de Raoult mediante la cual: la presin parcial de un

disolvente sobre una disolucin P1 est dada por la presin de vapor del disolvente puro Po

1, multiplicada por la fraccin molar del disolvente en la disolucin X1.

Es decir que la presin de vapor del soluto crece linealmente con su fraccin molar. En una solucin que slo contenga un soluto, se tiene que X1=1-X2, donde X2 es la fraccin molar del soluto, pudiendo escribir

la formulacin de la ley como:

Se puede ver de esta forma que una disminucin en la presin de vapor, P es directamente proporcional a la concentracin del soluto presente.

SOLUCIN REAL

Es aquella sustancia que no se ajusta a la ley de Raoult, y que presenta desviacin negativa y positiva de

la ley. Se dice que exhiben desviaciones negativas los sistemas en los cuales la curva (en un diagrama a t cte) se encuentra por debajo de la relacin lineal proporcionada por la ley de Raoult. Cuando la desviacin llega hacer lo suficientemente grande respecto a las diferencias entre las presiones de los

componentes puros, la curva muestra un mnimo. Se dice que las soluciones presentan desviaciones positivas cuando la curva a t cte se encuentra sobre la lnea de la ley de Raoult. Para desviaciones positivas grandes se tiene un mximo en la curva.

A nivel molecular, las desviaciones negativas apreciables de la ley de Raoult reflejan fuerzas intermoleculares ms fuertes entre molculas diferentes que entre molculas iguales. Opuestamente,

desviaciones positivas apreciables resultan en soluciones en donde las fuerzas intermoleculares entre

molculas parecidas son ms fuertes respecto a las molculas distintas.



MEZCLAS AZEOTRPICAS

Es una mezcla lquida de dos o ms componentes que posee un nico punto de ebullicin constante y fijo,

y que al pasar al estado vapor (gaseoso) se comporta como un compuesto puro, o sea como si fuese un

solo componente.

Un azetropo, puede hervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a la de los constituyentes de

la mezcla, permaneciendo el lquido con la misma composicin inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos por destilacin simple.

El azetropo que hierve a una temperatura mxima se llama azetropo de ebullicin mxima y el que lo

hace a una temperatura mnima se llama azetropo de ebullicin mnima, los sistemas azeotrpicos de ebullicin mnima son ms frecuentes que los de ebullicin mxima.

Desviaciones positivas de la ley de

Raoult

En este sistema, las interacciones

soluto-disolvente son menores que las

interacciones soluto-soluto y disolvente-disolvente. Es el caso ms

habitual.

Desviaciones negativas de la ley de

Raoult

En este sistema, las interacciones soluto-disolvente son mayores que las

interacciones soluto-soluto y que las

interacciones disolvente-disolvente debido

a la existencia de enlace de hidrgeno entre la acetona y el cloroformo.



DETALLES EXPERIMENTALES

1. DETERMINACION DE LOS PUNTOS DE EBULLICION DEL SISTEMA

a) Se arm un equipo especial para puntos de ebullicin, que consta de un baln de 125mL, un refrigerante de reflujo (agua), un separador para retirar el destilado. El equipo se lav y sec

completamente.

b) Se coloc 25 mL de A en el baln y se insert el termmetro de tal manera que su bulbo qued sumergido aproximadamente hasta la mitad en el lquido.

c) Se calent lentamente la muestra del baln hasta obtener una ebullicin vigorosa a temperatura constante. Se anot la temperatura de ebullicin.

d) Con una pipeta se tom una muestra de aproximadamente 1 mL del residuo en un tubo limpio y seco, se tapo para evitar la volatizacin de la muestra, al mismo tempo se extrajo

aproximadamente 1 mL el destilado del separador, el exceso de destilado se agreg al baln,

tambin se tap.

e) Se aadi cada incremento segn la tabla 5 y se repiti los pasos c) y d) para cada incremento.

f) Se lav y sec el baln. Se coloc 25 mL de B en el baln y se procedi similarmente que con A, pero con los incrementos de la tabla 6.

2. DETERMINACIN DE LA COMPOSICIN DE LAS MEZCLAS

a) En tubos con tapn de corcho, se prepar 3 mL de las mezclas indicadas en la tabla 3 midiendo las temperaturas de A y B.

b) Se midi el ndice de refraccin de las mezclas preparadas en a).

c) Se midi los ndices de refraccin de cada muestra de destilado y residuo.



TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS

TABLA N1: CONDICIONES DE LABORATORIO

Temperatura (C) Presin (mmHg) Humedad Relativa (%)

24 756 95

TABLA N2: DATOS EXPERIMENTALES

TABLA N2.1: ndice de refraccin del destilado y residuo del incremento de Agua(A) al 1-

Propanol (B), y temperaturas de ebullicin.

TABLA N2.2: ndice de refraccin del destilado y residuo del incremento de 1-Propanol

(B) al Agua (A) y temperaturas de ebullicin.

Volumen de

incremento de A

para aadir a

20mL de B

Temperatura de

ebullicin(C)

ndice de

refraccin del

destilado

ndice de

refraccin del

residuo

0.4 94.2 1.3826 1.3834

0.4 92.1 1.3827 1.3832

0.4 90.1 1.3809 1.3830

0.5 88.9 1.3800 1.3827

0.5 88.2 1.3794 1.3809

0.5 87.4 1.3785 1.3800

0.5 87.2 1.3783 1.3790

Volumen de

incremento de B

para aadir a

20mL de A

Temperatura de

ebullicin(C)

ndice de

refraccin del

destilado

ndice de

refraccin del

residuo

1.0 93 1.3577 1.3344

3.0 90.5 1.3715 1.3436

5.0 88 1.3749 1.3535

8.0 87 1.3650 1.3629

9.0 84 1.3746 1.3697

10.0 82 1.3736 1.3730



TABLA N2.3: Volumen de 1 Propanol (B) y Agua (A), ndice de refraccin, para la

curva patrn

TABLA N3: DATOS TERICOS

TABLA NO

3.1: Temperatura de ebullicin

TABLA NO

3.2: Temperatura Azeotrpica y composicin de la mezcla

TABLA NO

3.3: Densidades a 20C del Agua y 1-Propanol

Agua

Volumen de A

1-Propanol

Volumen de B

n Temperatura

(C)

3.0 0.0 1.3327 24.8

2.9 0.1 1.3357 25.7

2.8 0.2 1.3382 25.6

2.5 0.5 1.3474 25.7

2.1 0.9 1.3611 25.5

1.7 1.3 1.3690 25.4

1.4 1.6 1.3704 25.4

1.0 2.0 1.3831 25.4

0.5 2.5 1.3797 25.4

0.0 3.0 1.3830 24.8

Sustancia Tebullicin (C)

1-Propanol 97.2

Agua 100

Tazeotrpica (C) 88.1

Xazeot. 1-Propanol (%Peso) 71.8

Xazeot. Agua (%Peso) 28.2

Sustancia Densidad (g/mL)

Agua 0.99823

1-Propanol 0.8035



TABLA N4: RESULTADOS

TABLA N0 4.1: n1-propanol, nAgua y %n1-propanol, de los datos de la curva patrn

TABLA N0 4.2: Temperatura de la mezcla azeotrpica y las composiciones del agua y 1-

propanol

Temperatura Azeotrpica 81 0C

Xazeot. 1-Propanol 0.31

Xazeot. Agua 0.69

Yazeot. 1-Propanol 0.31

Yazeot. Agua 0.69

TABLA N 4.3: Comparacin de los valores tericos con los valores experimentales de la

temperatura Azeotrpica

Valor Terico (C) Valor Experimental (C) Error

88.1 81 8.06 %

Muestra n 1-propanol n Agua %n 1-propanol

1 0 0.1664 0.00

2 0.0013 0.1608 0.80

3 0.0027 0.1553 1.71

4 0.0067 0.1386 4.61

5 0.0120 0.1165 9.34

6 0.0174 0.0943 15.58

7 0.0214 0.0776 21.62

8 0.0267 0.0554 32.52

9 0.0334 0.0277 54.66

10 0.0401 0 100



TABLA N5: TABLA PARA GRAFICOS

TABLA N5.1: Curva Patrn

X1-propanol N

0.00 1.3327

0.0080 1.3357

0.0171 1.3382

0.0461 1.3474

0.0934 1.3611

0.1558 1.3690

0.2162 1.3704

0.3252 1.3831

0.5466 1.3797

1 1.3830

Ver grafica N01

TABLA N5.2: T vs X e Y

XR YD T(oC)

Agua +1ml 0.0075 0.0825 93

Agua +3 ml 0.026 0.225 90.5

Agua +5ml 0.065 0.295 88

Agua + 8 ml 0.110 0.135 87

Agua +9ml 0.195 0.295 84

Agua +10ml 0.250 0.265 82

1-Propanol +0.4ml - - 94.2

1-Propanol +0.4ml - - 92.1

1-Propanol +0.4ml - - 90.1

1-Propanol +0.5ml 0.860 0.560 88.5

1-Propanol +0.5ml 0.625 0.515 88.2

1-Propanol +0.5ml 0.565 0.450 87.4

1-Propanol +0.5ml 0.475 0.425 87.2

Ver grafica N02



TABLA N5.3: YD vs XR

XR YD

0.0075 0.0825

0.026 0.225

0.065 0.295

0.110 0.135

0.195 0.295

0.250 0.265

- -

- -

- -

0.860 0.560

0.625 0.515

0.565 0.450

0.475 0.425

Ver grafica N03



CLCULOS

1.- Calcule l %molar del componente ms voltil en cada una de las mezclas preparadas.

De la tabla N 3.3 tenemos los datos:

MAgua=18.0 g/mol

M1-Propanol = 60.1 g/mol

Muestra 1:

n 1-Propanol = 1-propanol x V 1-propanol = 0.8035 x 0 = 0 mol1-propanol M 1-propanol 60.1

n Agua = Agua x V Agua = 0.99823 x 3 = 0.1664 mol Agua M Agua 18

%n 1-propanol = n 1-propanol x 100 % = 0 __ x 100 % = 0 % mol 1-propanol

n 1-propanol + n Agua 0.166 +0

Los dems valores calculados se observan en la tabla N4.1



ANALISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

Se tiene que los datos arrojados de la mezcla son: temperatura de ebullicin del azetropo 88.1C y su

composicin es de molar y de los datos tericos tenemos temperatura de ebullicin del azetropo y

composicin de azetropo (composicin del liquido en equilibrio con el vapor).

Podemos determinar tambin que las primeras fracciones del destilado son ms ricas en componente ms

voltil(2-propanol) mientras que las fracciones finales contienen mas del componente de punto de

ebullicin ms alto(agua).

El porcentaje de error con respecto a la temperatura de ebullicin y composicin del azetropo es

Respectivamente. El error puede haber sido causado un mal uso del refractmetro o por haberse ledo las

temperaturas en el momento en que empez a hervir la muestra del baln y no cuando empez a formarse

el destilado.



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES:

Una mezcla azeotrpica es aquella que presenta un punto de ebullicin ms alto o ms bajo que el de

sus componentes, estas mezclas no se separan por destilacin fraccionada ya que el vapor que se forma

presenta composicin igual que el lquido de que proviene; es decir la composicin del destilado es

igual a la del residuo.

El sistema analizado para una grfica temperatura vs. composicin nos genera una ojiva donde se

encontraran en Equilibrio Lquido y Vapor. En donde el lquido A (1-propanol) esa ms voltil que el

lquido B (agua). En el vapor ha aumentado la fraccin molar del segundo, continuando la destilacin

se observar que el vapor rico en A es mayor en proporcin a su lquido; bajando la fraccin molar de

A.

Las soluciones reales se ajustan ms a la Ley de Raoult cuando ms diluida es la solucin.

Con una adecuada grfica se puede determinar si se producen azetropos en la destilacin y en qu

punto se encuentran.

RECOMENDACIONES:

Tapar inmediatamente la solucin que se encuentra en el baln, al momento de sacar residuo o agregar

el incremento, debido a que son sustancias voltiles.

Utilizar acetona despus de cada medicin del ndice de refraccin, para evitar que se mezclen entre

ellas.

Tener un orden especfico para la experiencia de determinacin de los puntos de ebullicin del

sistema, si es posible enumerarlos.

Al limpiar los materiales se debe tener mucho cuidado al limpiar los materiales pues los lquidos puros

pueden contaminarse, y aumentar los porcentajes de error.



BIBLIOGRAFA

Atkins., Fisico-quimica., 3 edicin, Addision-Wesley Iberoamerica, 1986, pagina 207-

232.

David R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics, 84TH EDITION , ED CRC PRESS

2003-2004, seccion 7.

CASTELLAN G., Fisicoqumica, 2da edicin, Ed. Addison Wesley Iberoamericana,

Mxico, 1987., paginas 239-248.

LANGE, MANUAL DE QUIMICA, 13 Edicion, John A.dear, Tomo IV.

Perry, Handbook of chemestry, Ed. Mc Graw Hill, Capitulo 2.

Samuel H. Maron.Fundamentos de Fiscoquimica, Ed. Limusa, Noriega Editores, 1996.



APNDICE

CUESTIONARIO:

1. Para las mezclas liquidas binarias ideales, explique la aplicacin de las leyes de Dalton y Raoult.

La ley de Dalton dice que la presin de vapor total P ser la suma de las dos presiones de

vapor parciales,

Para conocer las presiones parciales de los vapores, en equilibrio con una mezcla de dos

lquidos voltiles, la norma empleada es determinar experimentalmente la presin de vapor

total P y la composicin del vapor. Si esta ltima se establece en trminos de las respectivas

fracciones molares de los componentes e tambin por la ley de Dalton se tiene que:

En la fase vapor se expresan las fracciones molares por Y, mientras que en el lquido se

expresan por X. Pero un sistema ideal de dos lquidos obedece la ley de Raoult en donde las

presiones parciales se pueden calcular mediante la composicin del lquido:

En una solucin ideal los valores obtenidos de PA y PB deben ser iguales .Si hay diferencia

indica una desviacin de la mezcla liquida de una solucin ideal.



2. Explique la solubilidad de los gases en los lquidos En qu casos se aplican la Ley de Henry y la Ley de Dalton?

Enuncia que a una temperatura constante, la cantidad de gas disuelta en un lquido es

directamente proporcional a la presin parcial que ejerce ese gas sobre el

lquido.Matemticamente se formula del siguiente modo:

Donde:

es la presin parcial del gas. es la concentracin del gas (solubilidad). es la constante de Henry, que depende de la naturaleza del gas, la temperatura y el lquido.

Las unidades de la constante k dependen de las unidades elegidas para expresar la

concentracin y la presin. Es importante mencionar que la proporcionalidad directa falla

por la ley de Henry bajo condiciones de presin alta o en los casos de gases de soluciones

relativamente altas.

La ley de Raoult establece que la presin parcial de un disolvente en una solucin es igual a la presin de vapor del disolvente puro multiplicado por la fraccin molar del disolvente en la solucin, fmste.

Esta ley se cumple para solutos no voltiles y solutos voltiles

3. En qu casos se utiliza la destilacin fraccionada a presin constante?

La destilacin fraccionada es una separacin que se efecta continuamente, empleando

aparatos de destilacin conocidos como la columna de fraccionamiento. El tipo de destilacin

descrito hasta aqu, en el cual el vapor que se elimina esta en equilibrio con la masa total del

lquido que hierve, se denomina destilacin en equilibrio. El proceso de separar mezclas por

destilacin resultara extremadamente complicado y tedioso de realizarse por repetidas

destilaciones y condensaciones de una manera discontinua. En su lugar esta separacin se

efecta contiguamente y se conoce como destilacin fraccionada, empleando aparatos de

destilacin conocidos como columnas de fraccionamiento.



El resultado neto de estas interacciones es por tanto, una redistribucin a favor del

constituyente ms voltil en el vapor y del menos voltil en el lquido, es decir que

esencialmente cada plato acta como minsculo alambique. Como este proceso se repite en

cada plato, es posible, con suficiente nmero de ellos, separar la mezcla en dos fracciones

finales, una del residuo menos voltil que se desplaza hacia un alambique, de donde se extrae

y un vapor que pasa de la parte superior de la columna que contiene esencialmente el

constituyente ms voltil.

GRFICOS:

GRFICO N5.1: Curva Patrn

1.33

1.34

1.35

1.36

1.37

1.38

1.39

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

nA

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