INDICE

I. Resumen 1

II. Introduccin2

III. Principios Tericos3

IV. Procedimiento experimental6

V. Tablas de datos y resultados7

VI. Ejemplo de clculos11

VII. Anlisis y discusin de resultados15

VIII. Conclusiones y Recomendaciones16

IX. Bibliografa17

X. Apndice: Cuestionario18i. Grficas21

I. RESUMEN

Esta experiencia trat sobre el estudio del Equilibrio Lquido-Vapor, la cual tuvo como objetivo, determinar la composicin y temperatura de la mezcla azeotrpica (1-propanol agua), haciendo uso de una curva patrn que consta de una grafica n(ndice de refraccin) Vs Composicin del componente ms voltil,(Grafica N 1) ,teniendo los ndices de refraccin experimental de los residuos y destilados de cada destilacin se determinaron las composiciones del 1-propanol necesarios para determinar grficamente las compocion y temperatura azeotropica del sistema .La determinacin del la composicin azeotropica se determino haciendo el diagrama composicin molar del componente ms voltil en el vapor VS. Composicin del componente ms voltil en el lquido, (grfica N 2), donde, por comparacin de las temperaturas de ebullicin de dichas sustancias, se observ que el 1-propanol fue el componente ms voltil, por tener sta una temp. de ebullicin de 96 C, menor que la del agua (98 C). La temperatura de ebullicin de la mezcla azeotrpica se obtuvo al graficar Temperatura de ebullicin vs. Composicin(1-propanol) en el residuo y destilado, (Grfica N 3) . Las condiciones de laboratorio en que se trabaj fueron: presin ambiental 756 mmHg, temperatura ambiente 21.5 C y humedad relativa 90%.En estas condiciones los resultados experimentales fueron: Temperatura experimental de ebullicin del azetropo 88.0 C con un porcentaje de error de 0.11% frente al terico de 88.1C; la composicin experimental de la mezcla azeotrpica fue de 0.41 (X1-propanol) con un error de 4.6% frente a la composicin terica 0.43.Se observa que el azetropo hierve a una temperatura inferior que las temperaturas de ebullicin sus componentes puros que los conforman.

II. INTRODUCCIN

El requerimiento bsico para separar los componentes de una mezcla lquida por destilacin es que la composicin del vapor sea diferente de la composicin del lquido del cual se forma, esto es lo que sucede en las mezclas azeotrpicas. Las cuales se definen como mezclas de dos componentes las cuales hierven a temperaturas ms altas o ms bajas que sus respectivos puntos de ebullicin.Toda mezcla azeotrpica posee un punto mximo o mnimo en el cual el vapor que se forma tiene la misma composicin que la del lquido del cual procede. En esta situacin los componentes no pueden ser separados por destilacin fraccionada. Al llegar al punto de ebullicin, sea mximo o mnimo la temperatura de la mezcla permanece constante hasta que el lquido se agote.La composicin de la mezcla azeotrpica es constante a una presin dada, pues cuando la presin vara tambin cambia la temperatura y la composicin de la mezcla. En consecuencia las mezclas azeotrpicas no son compuestos definidos sino que se deben a las interacciones de las fuerzas intermoleculares de la solucin.Los conceptos y propiedades, entendidas como ventajas, de la destilacin fraccionada y mezcla azeotrpica son empleados en la industria del petrleo y del etanol en las que son muy comunes el empleo de la columnas de Fraccionamiento. Tambin es empleado el criterio de mezcla azeotrpica en la sntesis de esteres en qumica orgnica, donde se forma un azetropo de tres componentes, permitiendo as la obtencin del ster por destilacin.

III. PRINCIPIOS TERICOS

A. Presin de vapor de una solucin ideal.Supongamos que dos lquidos, A1 y A2 son voltiles y completamente miscibles y adems se disuelven entre s para formar soluciones ideales.En este caso a1 = N1 y a2 = N2, se obtiene:P1 = N1P1P2 = N2P2Estas ecuaciones son expresiones de la Ley de Raoult, que establece que la presin de vapor parcial del constituyente voltil de una solucin es igual a la presin de vapor del constituyente puro multiplicado por la fraccin molar de tal constituyente en la solucin.De estas ecuaciones la presin total de vapor P sobre tal solucin es: 0P = P1 + P2P = P1N1 + P2N2Para cualquier sistema y temperatura dados P1 y P2 son constantes, y una grfica de P contra N2 deber ser una lnea recta con P = P1 a N2 = 0 y P = P2 a N2 = 1.B. DestilacinLa destilacin es una operacin utilizada con frecuencia para la purificacin y aislamiento de lquidos orgnicos. La destilacin aprovecha las volatilidades y puntos de ebullicin de los componentes lquidos a separar.La destilacin depende de parmetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presin, composicin, energa.1. El equilibrio entre el vapor y el lquido de un compuesto esta 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.

1. La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la cantidad de energa proporcionada al sistema, tambin influye en la composicion del vapor y el lquido ya que esta depende de las presiones del vapor.1. La presin tiene directa influencia en los puntos de ebullicin de los lquidos orgnicos y por tanto en la destilacin.1. La composicion es una consecuencia de la variacin de las presiones de vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.1. Puntos de ebullicin, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros a las que sus presiones de vapor igualan a la presin atmosfrica, producindose el fenmeno llamado ebullicin.A partir del siguiente diagrama: (puntos de ebullicin vs. Fraccin molar del benceno)

Se puede observar que si una pequea cantidad de vapor se evapora desde una disolucin de composicin a, el vapor que se forma tiene una composicin mayor en el componente ms voltil que la disolucin de partida a. Una sola destilacin no es adecuada para conseguir una separacin apreciable de los 2 componentes, a menos que stos presenten puntos de ebullicin muy separados. En la prctica se hace uso de la destilacin fraccionada, en el proceso de destilacin se repite varias veces, condensando algo de vapor, recogindole y volviendo a vaporizarEn la prctica se utiliza una columna de destilacin por pasos que realiza el proceso de fraccionamiento automticamente, (ver la figura adjunta).El aparato de destilacin consta de un baln, que contiene la mezcla de los lquidos que se quieren separar y la columna a travs de la cual el vapor asciende y se pone en contacto con el lquido que refluye. Durante el ascenso del vapor y el reflujo del lquido, el sistema alcanza el equilibrio. (para laboratorio se utiliza la fig. a)En la industria se utiliza la fig. bLos rendimientos vienen determinados por el nmero de platos que presentan las columnas.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

0. Determinacin de los puntos de ebullicin 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

V. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla N 1: Condiciones de laboratorioTemperaturaPresin %Humedad

22 C756 mmHg92

TABLAS DE DATOS TERICOS

Tabla N2: Propiedades de las sustancias purasSUSTANCIADensidad(22C) (*) Peso MolecularCoef. Dilat. ()(*)Temp. Ebullic.( C) (*)

A: H2O0,99772 g/ml18,015g/mol 11,273 x 10-3100

B: C3H7 OH0,8034 g/ml60.095 g/mol 21.487 x 10-397,2

Tabla N2SUSTANCIANDICE DE REFRACCIN

A: H2O1.3334 (a 22 C) 3

B: C3H7 OH1.3860 4

AZETROPO

Temperatura de ebullicin ( C)% Peso del 1- Propanol

88.1 571.8 6

Tabla N3 Propiedades del azetropo

(*) Handbook of Chemistry and Physics, 54th edition, Ed CRC Press, 1975 Pag: C-455 , C-369 1 CRC Handbook of Chemistry and Physics,90th Ed. Internet Version 2010, 4-982 CRC Handbook of Chemistry and Physics,90th Ed. Internet Version 2010, 3-4403 CRC Handbook of Chemistry and Physics,90th Ed. Internet Version 2010, 10- 2404 CRC Handbook of Chemistry and Physics,90th Ed. Internet Version 2010, 8-695 CRC Handbook of Chemistry and Physics,90th Ed. Internet Version 2010, 6-1576 CRC Handbook of Chemistry and Physics,90th Ed. Internet Version 2010, 6-157

Tabla N4: ndices de refraccin de mezclas de A + B y composicin molar de A en cada muestra.

Muestra NContenido de A(ml)Contenido de B(ml)ndice de RefraccinComposicin molar de B (%)

10.0 3.01.38601.0000

20.12.91.38550.8758

30.22.81.38450.7716

40.52.51.38100.5801

50.92.11.37750.3602

61.31.71.37050.2402

71.61.41.36500.1741

82.01.01.35800.1079

92.50.51.34800.461

103.00.01.33300.0

Tabla N5: Datos para la grfica N 1 (ndice refraccin Vs. % molar de A)EJE YEJE XPto N

ndice de refraccinComposicin molar de B

1.38601.00001

1.38550.87582

1.38450.77163

1.38100.58014

1.37750.36025

1.37050.24026

1.36500.17417

1.35800.10798

1.34800.4619

1.33300.010

Tabla N 6: Sistema Agua 1- PropanolN de incrementoVolumen de B para aadir en 20ml de AVolumen de A para aadir en 20ml de B

00.00.0

11.00.4

23.00.4

35.00.4

48.00.5

59.00.5

610.00.5

70.5

Tabla N 7: ndices de refraccin y temperaturas para los incrementos de B en A y % molares de A en cada incremento.N de increm.DestiladoResiduoTemp. ebullicin ( C)

Ind. refraccin% molar BInd. refraccin% molar B

01.333101.3331098

11.36990.241.33400.00597

21.37590.3731.34310.02691

31.37600.3731.35170.07089.9

41.37510.3461.34920.05689.6

51.37590.3731.3500.08688.8

61.37440.3331.35090.06588.6

Tabla N 8: ndices de refraccin y temperaturas para los incrementos de A en B y % molares de A en cada incremento.N de increm.DestiladoResiduoTemp. ebullicin( C)

Ind. refraccin% molar BInd. refraccin% molar B

01.38460.81.38430.77696

11.38380.731.38330.69695.5

21.37980.5161.38240.64694.8

31.37820.451.38040.53693.9

41.37800.441.37900.4890.9

51.37720.4061.37470.33689.5

61.37650.391.37370.31388.7

71.37530.351.36270.1587.6

Tabla N 9: % molar de 1- propanol para las muestras de destilado y residuo, a partir de la curva patrn. ( Datos para la grfica 2: Comp 1-propanol.en el Vapor VS. Comp 1-propanol.en el Lquido) EJE YEJE X

Composicin en el Vapor (% molar del destilado)Composicin en el Lquido(% molar del residuo)

00

0.240.005

0.3730.026

0.3730.070

0.3460.056

0.3730.086

0.3330.065

0.3500.150

0.3900.313

0.4060.336

0.4400.480

0.4500.536

0.5160.646

0.7300.696

0.8000.766

Tabla N 10: Datos para la grfica 3 (Temp. ebullicin VS. Composicin A-B)Temperatura deEbullicin ( C)COMPOSICIN A B

% molar del destilado (Y)% molar del residuo (X)

9800

970.240.005

960.800.776

95.50.730.696

94.80.5160.646

93.90.4500.536

91.00.3730.026

90.90.4400.480

89.90.3730.700

89.60.3460.056

89.50.4060.336

88.80.3730.086

88.70.3900.313

88.60.3330.065

87.60.350.150

Tabla N11: Datos experimentales del azeotropo.

TERICOS EXPERIMENTALES% DE ERROR

Temp. ebullicin ( C)88.188.00.11

Comp. (% molar)0.430.414.6

VI. CALCULOS

Determinacin de la composicin de Destilado y Residuo.a.- Calcule el % molar del componente mas voltil en cada una de las mezclas preparadas en la tabla 2.Si tenemos:Componente A = AguaComponente B = 1- propanolPara determinar el % molar de B en las mezclas se sabe:XB = ( nB / nT )x 100 ... (a)Donde:XB = fraccin molar de BNB = Nmero de moles de BnT = Nmero de moles totales (nA + nB)Adems: nB = masa de B / Peso molecular de B ... (1)En la prctica se trabajo con unidades de A y B en volumen, por lo tanto:B = Masa de B / Volumen de B MB = B . VBA22 = 0.99772B22 = 0.8034nA = A .VA / Peso molecular de AnB = B .VB / Peso molecular de B

donde : B = densidad de BVB =volumen de B

En la muestra 2: 0.1 ml agua - 2.9 ml 1-propanol

Por tanto obtenemos de las tablas anteriores:

Calculando el porcentaje de error de la temperatura azeotrpica:

T teorico: 88.1 C T experimental: 88.0 C

VII. DISCUSIN DE RESULTADOS

VIII. CONCLUSIONES Y RESULTADOS

IX. BIBLIOGRAFIA

Gaston Pons Muzzo Primer Curso de Fisicoqumica, impreso en TalleresTipogrficos de la UNMSM, Primera edicin, Lima, 1956, Pginas: 195, 202-206.

Nerbert A. Lange Handbook of Chemistry, editorial Mc GrawHill, Dcimaedicin, Nueva York, 1961,Pginas: 1676,1277,1110,1477.

Alan S. Foust Principios de Operaciones Unitarias, editorial Continental S.A., Dcimo sptima impresin, Enero de 1985, Pginas: 35 38

Gilbert W. Castellan Fsicoquimica, Addison Wesley Iberoamerica, Segunda Edicin, 1987, Pginas: 316, 317, 322, 323, 333, 334.

X. APNDICE

CUESTIONARIO

1.- Para las mezclas binarias ideales, explique la aplicacin de las leyes de Dalton y Raoult.Supngase que dos lquidos, A1 y A2 sean voltiles y completamente miscibles, y admtase adems que los dos lquidos se disuelven uno en otro para formar soluciones ideales. Como las soluciones son ideales entonces se obtiene: P1 = X1 P01 P2 = X2 P02 Estas ecuaciones son expresiones de la ley de Raoult, que establece que la presin parcial de vapor de un componente voltil de una solucin es igual a la presin de vapor del componente puro multiplicado por la fraccin molar de ese componente en la solucin. A partir de estas ecuaciones la presin total de vapor P, en dicha solucin es:P = P1 + P2p = X1 P01 + X2 P02Las relaciones anteriores que demanda la ley de RAOLUT se aplican a las presiones de vapor totales y parciales como funcin de las fracciones molares de los componentes en solucin. Para obtener la relacin entre la composicin de una solucin y la composicin de una solucin y la composicin del vapor encima de ella, sea Y2 la fraccin molar de A2 en el vapor sobre una solucin de composicin X2 .Entonces, de acuerdo con la ley de las presiones parciales de DALTON :

Y2 = P2/P

2.- Explique la solubilidad de los gases en los lquidos. En que casos se aplica la ley de Henry y la ley de Dalton. El efecto de la presin sobre la solubilidad de un gas dado en un liquido particular a Temperatura constante, se puede obtener fcilmente examinando el proceso inverso, es decir, considerando el gas como un soluto que se vaporiza para establecer una presin de vapor sobre la solucin. Para el ltimo caso se aplica la ecuacin: F2 (g)/ A2 = K Donde F2(g) es la fugacidad del gas sobre la solucin y A2 es la actividad del gas en la solucin. Si la fase gaseosa y la solucin se comporte idealmente, entonces:

F2(g) = P2 , A2 = X2P2 /X2 = K ; X2 = K/ P2

Estas nuevas ecuaciones se conocen como la ley de Henry y establece que a temperatura constante la solubilidad de un gas en un liquido es directamente proporcional a la presin del gas sobre el liquido.La estricta aplicabilidad de la ley de Henry se limita a presiones bajas. A presiones elevadas la ley es menos exacta, y las constantes de proporcionalidad tienen una variacin considerable. Por lo general cuanto ms alta sea la temperatura y ms baja sea la presin, ms exactamente se cumplir la ley. Adems, esta ley, en la forma dada antes, no se aplica cuando el gas disuelto reacciona con el disolvente o cuando se ioniza el gas disuelto. Cuando la ionizacin en la solucin es completa, la ley no se cumple en absoluto.

Las desviaciones en los casos de reaccin qumica y disociacin se pueden comprender y corregir fcilmente al advertir que la ley de Henry es vlida solo cuando se aplica a la concentracin en la solucin de la especie molecular tal como existe en la Fase gaseosa y no para la concentracin total de la solucin.

Cuando varios gases se disuelven simultneamente en un solvente, segn Dalton la solubilidad de cada gas en una mezcla de gases es directamente proporcional a la presin parcial del gas en la mezcla. Siempre que en la ley de Henry se cumpla que X2 es la concentracin y P es la presin parcial de cada gas.

3.- En qu casos se aplica la destilacin fraccionada a presin constante.El requerimiento bsica para separar los componentes de una mezcla liquida por destilacin es que la composicin del vapor sea diferente de la composicin del liquido del cual se forma. Si la composicin del vapor es la misma como la del lquido, el proceso de separacin de los componentes es imposible por destilacin. Tal cosa sucede con las mezclas azeotrpicas.A excepcin de las mezclas azeotrpicas, todas las mezclas liquidas tienen puntos de ebullicin que se encuentran dentro de aquellas de sus componentes puros. Variando la composicin de la mezcla varia de manera regular, desde el punto de ebullicin de uno de sus componentes hasta del otro.