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DDiagrama de fases ternarios. DIAGRAMA DE FASES TERNARIOS. Solubilidad en diagramas de fase ternarios Ejemplo 1. El ácido acético y el agua son dos especies totalmente miscibles entre sí. Es decir, independencia de las proporciones empleadas, el resultado de mezclar estos dos componentes siempre una disolución homogénea. Lo mismo ocurre con el sistema formado por ácido acétic triclorometano (cloroformo). Cualesquiera que sean las proporciones empleadas, estos componentes son totalmente miscibles y por tanto forman una disolución homogénea. Existen cuatro variables independientes en un sistema ternario ellos son: presión, temperatura y dos concentraciones variables, ya que una solución ternaria requiere establecer su composición con respecto a dos de los componentes antes de fijar su composición total. Cuando coexisten cinco fases (punto quíntuple) se produce un sistema invariante; cuatro fases darán un sistema univariante; tres un bivariante etc. Representar gráficamente un sistema ternario es una tarea compleja. Pero, sin embargo, si la presión de vapor es tan pequeña que pueda descartarse el sistema ternario puede tratarse como Un sistema condensado, como es el caso de los sistemas binarios y de nuevo la regla de Fases puede expresarse como: F+L=C+1 Las composiciones pueden representarse en coordenadas triangulares utilizando el método de Roozebum (o de Gibbs modificado), tal como se representa en la figura 1, allí cada lado del triángulo equilátero se divide en cien partes y cada diez divisiones se interceptan líneas paralelas de cada una de los otros lados. Figura 1. Representación de composiciones en un sistema ternario por medio de coordenadas triangulares. La condición para que dos especies sean totalmente miscibles es que sus moléculas teng naturalezas similares. Siendo así, el nuevo sistema formado por una disolución, en las que moléculas de una especie están rodeadas por las de la otra, está favorecido termodinámicame frente a la permanencia de los dos sistemas iniciales por separado.
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DDiagrama de fases ternarios.
DIAGRAMA DE FASES TERNARIOS.
Solubilidad en diagramas de fase ternarios
Ejemplo 1.
El ácido acético y el agua son dos especies totalmente miscibles entre sí. Es decir, independencia de las proporciones empleadas, el resultado de mezclar estos dos componentessiempre una disolución homogénea. Lo mismo ocurre con el sistema formado por ácido acétictriclorometano (cloroformo). Cualesquiera que sean las proporciones empleadas, estos
componentes son totalmente miscibles y por tanto forman una disolución homogénea.
Existen cuatro variables independientes en un sistema ternario ellos son: presión, temperatura y dosconcentraciones variables, ya que una solución ternaria requiere establecer su composición conrespecto a dos de los componentes antes de fijar su composición total. Cuando coexisten cincofases (punto quíntuple) se produce un sistema invariante; cuatro fases darán un sistema univariante;tres un bivariante etc. Representar gráficamente un sistema ternario es una tarea compleja. Pero, sinembargo, si la presión de vapor es tan pequeña que pueda descartarse el sistema ternario puedetratarse como Un sistema condensado, como es el caso de los sistemas binarios y de nuevo la regla de Fases puede expresarse como:
F+L=C+1
Las composiciones pueden representarse en coordenadas triangulares utilizando el método deRoozebum (o de Gibbs modificado), tal como se representa en la figura 1, allí cada lado del triánguloequilátero se divide en cien partes y cada diez divisiones se interceptan líneas paralelas de cadauna de los otros lados.
Figura 1. Representación de composiciones en un sistema ternario por medio de coordenadas triangulares.
La condición para que dos especies sean totalmente miscibles es que sus moléculas tengnaturalezas similares. Siendo así, el nuevo sistema formado por una disolución, en las que moléculas de una especie están rodeadas por las de la otra, está favorecido termodinámicamefrente a la permanencia de los dos sistemas iniciales por separado.
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DDiagrama de fases ternarios.
Figura 2.
El sistema formado por agua y triclorometano es totalmente diferente. Estos componentes sonprácticamente inmiscibles, lo que quiere decir que cuando se mezclan no se disuelven el uno en elotro. 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 constituir unhipotético nuevo sistema en el que las moléculas de una especie estén rodeadas por las de la otra.
Supongamos que a una mezcla bifásica formada por agua y triclorometano se le añade un poco deácido acético. Como el ácido acético es soluble en ambas especies, se disuelve en las dos fases.Éstas permanecen inmiscibles, sin embargo se ha dado un cambio cualitativo importante.
Si continuamos añadiendo ácido acético, las fases se van haciendo cada vez más concentradas eneste componente. A nivel molecular, en la fase inicialmente formada por triclorometano, cada vezexisten más moléculas de esta especie rodeadas por las de ácido acético.
Algo similar ocurre en la fase acuosa donde los iones acetato se distribuyen entre moléculas deagua.
Alcanzada una concentración límite de ácido acético, el sistema sufre un cambio sustancial y pasa
de ser bifásico, a estar constituido por una sola fase (figura 2). Este hecho se explica porque lasmoléculas de triclorometano y las de agua, se mantienen alejadas entre sí, separadas por unaextensa región de iones acetato. El nuevo sistema constituye una configuracióntermodinámicamente más estable que la representada por ambas disoluciones por separado.
La cantidad de ácido acético necesaria para transformar el sistema bifásico en uno homogéneodepende de las proporciones iniciales de triclorometano y agua. Es decir, una mezcla bifásica quecontiene inicialmente un 10% de triclorometano y un 90% de agua, requiere una cantidad de ácidoacético diferente que una mezcla bifásica con 50% de triclorometano y 50% de agua.
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Un diagrama ternario puede variar su forma dependiendo el comportamiento de sus trescomponentes entre sí; el sistema ternario cloroformo-agua-acido acético. Elcomportamiento de los pares cloroformo-ácido (solubles), agua-ácido (solubles) ycloroformo-agua (insoluble) es lo que le dará a nuestro a diagrama la forma de curvabinodal o domo. La adición de cloroformo a distintas mezclas de ácido acético y agua (queinicialmente forman un sistema de dos fases) acaba produciendo sistemas líquidos de unasola fase. Se observará que esta curva va desde el cloroformo puro hasta el agua pura.Una mezcla cualquiera dentro del área que encierra la curva representa un sistema dedos fases, y cualquier mezcla dentro del área exterior a la curva formará una sola faselíquida. Se puede ver como la curva se forma debido a que el ácido acético es solubletanto en el agua como en el cloroformo.
Este sistema presenta un comportamiento peculiar, el cual permite que mayor cantidadde ácido acético disuelto (por lo tanto menor cantidad de agua) el cloroformo es mássoluble en solución. También puede observarse como la curva tiene forma de domo, yque los puntos superiores que lo conforman son esos puntos donde hay másconcentración de ácido y esta presenta un punto de concentración límite de ácido acéticohará que se alcance una región en donde la solución deje de ser bifásica y pase a ser unasolución completamente homogénea.
En lo que respecta a la línea de unión, se observa que cada punto de equilibrio unifásicogenera una línea de equilibrio que corta al domo en dos puntos definiendo las zonas deextracto y de refinado del sistema. El refinado se encuentra en la zona donde el ácidoacético es más afín al cloroformo, ubicada en la parte izquierda, mientras que el extractose encuentra del lado derecho del diagrama en donde el ácido acético es más afín alagua.
A manera de dato especifico, cabe resaltar que la solubilidad del ácido acético en agua sepresenta debido a que el ácido acético es polar, por la presencia del carbonilo y del OH, y
principalmente, porque puede establecer puentes de H con las moléculas de agua parasolvatarse. Además, es de bajo peso molecular (PM), ya que al aumentar el PM aumenta
Curva de solubilidad
CHCl3 H2O
CH3COOH
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el nº de C e H (no polares), por lo que la polaridad y la solubilidad en agua disminuyen, yaumenta en solventes no polar.
Es posible en algunos casos representar la línea de unión, estas se observa que en cadapunto de equilibrio unifásico genera una línea de equilibrio que corta al domo en dospuntos definiendo las zonas de extracto y de refinado del sistema. El refinado se
encuentra en la zona donde el ácido acético es más afín al cloroformo, ubicada en la parteizquierda, mientras que el extracto se encuentra del lado derecho del diagrama en dondeel ácido acético es más afín al agua.
Bibliografía recomendada
y Fisicoquímica Ira Levine 4 edición
y Physico-chemical analysis of molten electrolytes Vladimír Dank.
y Physicochemical thermodynamics of substance. Peter Buhler, Peter Buhler.
