OBJETIVOS:

Elaborar el diagrama de equilibrio de fases para el sistema cloroformo-ácido acético-agua, aplicando el triángulo de Gibbs-Roozeboom.

Determinar las líneas de unión del sistema cloroformo-ácido acético-agua.

SECUENCIA EXPERIMENTAL

Isotermas de equilibrio de fases en un sistema de tres componentes

Determinación de líneas de unión del equilibrio cloroformo-acido acético-agua.

Preparar las mezclas acido acético-

cloroformo

Agregar a agua destilada a cada tubo.

Separar la fase etérea de la fase acuosa.

Agitar las mezclas por 30 min.

Tomar 0.1ml de cada fase.

Medir el volumen y la densidad.

Construir la isoterma.Anotar el gasto de

agua.Observar apariencia.

Agregar gota a gota y agitar.

Agregar 50ml de agua destilada.

Titular con NaOH 0.1N.

Utilizar fenolftaleína como indicador.

Tabla 1. Cantidades a utilizar en el experimento de equilibrio cloroformo-ácido acético- agua.

Ácido acético (ml) Cloroformo (ml) Agua (ml) a Temp. Amb. Prom. V H2O

Fracción mol X

Masa total (g)

m Vol. X m Vol. X m Vol1 Vol2 m H2O9.8606 9.4 38.4428 0.8898 0.6 3.469 12.8 12.8 17 14.9 58.0896 25.659.441 9 44.3864 1.483 1 6.9722 10.5 10.5 10.2 10.35 48.66 21.278.6542 8.25 50.0532 2.595 1.75 15.0086 5.9 5.9 6.2 6.05 34.9913 17.297.0807 6.75 47.8425 4.8197 3.25 32.5655 3.3 3.3 2.5 2.9 19.5945 14.85.5072 5.25 39.4781 7.0442 4.75 50.4976 1.3 1.3 1.5 1.4 10.0358 13.953.6715 3.5 26.4898 9.6395 6.5 67.5961 0.6 0.6 0.5 0.55 3.9679 13.862.098 2 14.7621 11.864 8 83.4787 0.2 0.2 0.3 0.25 1.759 14.212

El volumen y la masa se toman como iguales dado que la densidad del agua es aproximadamente 1g/mL

MEMORIA DE CÁLCULO

1) Ejemplo para la determinación del porcentaje de cada uno de los componentes para cada mezcla en el equilibrio.a) Obtención de la masa para cada componente.

EJEMPLO:

De acuerdo con la tabla 1; si se tienen 9.4mL de Ácido acético, el cálculo para obtener su masa se realiza a partir de la fórmula de densidad:

ρ(densidad)=m(masa)

v (volumen)

Como datos tenemos el volumen del ácido (9.4mL), la densidad del ácido es una constante (1.049 g/cm3). Despejando la masa:

m=ρv=1.49 gcm 3

∗9.4mL=9.8606 g

*Los cm3 equivalen a mL; por lo tanto en la multiplicación se eliminan y queda solamente la cantidad expresada en gramos.

Se determinó de esta forma la masa de cada componente para cada volumen con las siguientes densidades.

ρ (cloroformo )=1.483gcm3

ρ ( Acidoacetico )=1.049gcm3

ρ ( Agua )= 1gcm3

b) Determinación de la fracción mol de cada componente.

Una vez obtenidos las cantidades en gramos de agua, ácido acético y cloroformo; se procede a determinar la fracción mol sumando las cantidades en gramos de cada uno de ellos en gramos; de ahí se saca su porcentaje.

De tal forma que de la fila 1 la masa total de los 3 componentes es:

Ácido acético (g) Cloroformo (g) Agua (g)9.8606 0.8898 14.9

Masatotal=9.8606 g+0.8898 g+12.8 g=25.65 g

A continuación se procede a obtener la fracción mol de cada uno tomando como 100% la masa total de la disolución (23.55g). Se obtiene la fracción mol para cada componente a partir de la siguiente relación:

100 %−25.65 g(? ) %−9.8606 g(cantidad en gramosdel componente deseado)

Para la fracción mol del ácido acético de la fila 1 es igual a:

X=¿38.4428

Tabla 2. Cantidades a utilizar en la determinación de las líneas de unión del equilibrio cloroformo-ácido acético- agua.

Componente Embudo A Embudo BVol. m (g) n X Vol. m (g) n X

Agua (ml) 10 10 0.555 0.7967 7 7 0.3888 0.6611Ácido acético(ml) 3.5 3.6715 0.0611 0.0876 7.5 7.8675 0.1311 0.2228Cloroformo (ml) 6.5 9.6395 0.0806 0.1155 5.5 8.1565 0.0682 0.1159Totales 20 23.309 0.6973 0.99 20 23.024 0.5882 0.9998

Partiendo de la ecuación:

n (numero demol )= peso (w)pesomolecular (PM )

Y de los pesos moleculares (PM):

PM cloroformo=119.5 gmol

PM acido acetico=60gmol

PM agua=18gmol

El número de mol de cada componente se obtiene sustituyendo el peso molecular de cada compuesto y su masa (obtenida de la misma forma que en el inciso a).

*Despejando (m) de la ecuación de densidad

Para el ácido acético en el embudo A volumen = 3.5mL

m=ρv=3.5 mL∗1.049g /mL=3.6715 g

Una vez obtenida la masa se divide entre el peso molecular para obtener los moles del compuesto en la solución.

W (acido)= 9.8606g

PM (acido)=60g/mol

n= 3.6715 g60 g /mol

=0.0611mol *Los gramos se eliminan entre si.

Se determina el total de moles para cada compuesto y se procede a obtener la fracción mol de cada uno con la siguiente relación:

Xi ( fraccionmol )= ¿∑ n total

Donde ∑ ntotal=0.6973molse toma como el 100% y a partir de esto se determina la fracción mol para cada

componente con su respectiva cantidad.

Para el ácido acético en el embudo A volumen = 3.5mL

X (acido acetico )= n (acido acetico )∑ 0.55+0.0611+0.0806

=0.7967 *Propiedad adimensional

Tabla 3. Propiedades para la determinación de las líneas de unión.

Fase Vol. Total de la fase (ml)

Masa de fases (g)

Densidad de la fase (g/ml)

Volumen de alícuota (ml)

Gasto de NaOH (ml)Inicial duplicado Promedio

Orgánica A 8 8.4674 1.69348 0.5 6 5.7 5.85Acuosa A 12 5.442 1.0884 0.5 0.6 0.3 0.45Orgánica B 6.5 6.132 1.2264 0.5 15.8 17.3 16.55Acuosa B 13.5 5.3065 1.06136 0.5 0.2 0.2 0.2

c) Con los resultados de la titulación con NaOH determinar la cantidad total de ácido acético en cada fase.

Este punto se hace de la misma forma que en los pasos anteriores para determinar la masa a partir de la densidad y volumen de la fase.

EJEMPLO:

Para determinar la cantidad de ácido en la fase orgánica,

m=ρv=1.69348 gmL

∗5mL=8.4674 g

*Se toma en cuenta que el volumen de la fase es diferente al volumen empleado para determinar la densidad (5mL).

Tabla 4.

d) Con las densidades y el volumen medido de cada una de las fases, determinar el porcentaje de ácido acético presente en cada fase.

Concentración de ácido acético en cada faseFASE Fracción mol (X) Normalidad (N) masa (g) %

Orgánica A 5.85 1.1934 0.5967 6.8210Acuosa A 0.45 0.0918 0.0459 0.3514Orgánica B 16.55 3.3762 1.6881 21.1350Acuosa B 0.2 0.0408 0.0204 0.1423

Primero se determina la concentración expresada en normalidad para posteriormente despejar la masa del ácido acético en cada fase.

N 1= N2V 2V 1

N (A .acetico )=N (NaOH )∗V (NaOH gastado )V (Alicuota de A .acético)

EJEMPLO:

Sustituyendo para la fase orgánica A:

N (A .acético )= (0.102N )∗5.85mL0.5mL

=1.1934 N

Normalidad de NaOH= 0.102N

Conociendo la concentración se sustituye la masa a partir de la fórmula de normalidad:

N (normalidad )=m (masa )Peq∗Vol

m=N∗Peq∗Vol

m=1.1934 N∗1∗0.5=0.5967g

e) Para conocer el porcentaje del ácido en la solución se toma como 100% a la masa de fases obtenida previamente y se procede a determinar el porcentaje de la siguiente forma:

8.7479 g−100 %( x )g−(? )%

EJEMPLO:

Para determinar el porcentaje de ácido en la fase orgánica A:

8.7479 g−100 %0.5967 g−6.82%

ANÁLISIS DE RESULTADOS:

1. ¿Qué diferencia se observaría en las gráficas si se modifica la temperatura del experimento? Y ¿Cómo puede interpretarse este fenómeno?

R.- Si la temperatura aumenta, en base a lo expuesto por Castellan (1987), se altera la extensión y la forma de la región bifásica. Si la temperatura se representa como una tercera coordenada, la región de dos fases sería una región en forma de rebanda.

De acuerdo a Bun (2000), existen sistemas en los cuales dos o tres pares de componentes son parcialmente miscibles, con lo que se pueden trazar dos o tres curvas de solubilidad sobre los lados que representan estos pares de componentes. En algunas ocasiones, por modificación de la temperatura en este tipo de sistemas, las zonas que delimitan dos fases, pueden unirse formando una o dos bandas de solubilidad.

Para las extracciones líquido - líquido tenemos que trabajar con temperaturas menores que la Temperatura crítica, porque sino obtendríamos un único líquido (una sola fase con los tres componentes no se podrían separar)

2. Entre las gráficas a la misma temperatura pero diferentes sistemas, ¿Qué similitudes y que diferencias pueden existir?

3. ¿Qué pasa con un sistema que tenga una composición ubicada por encima de la isoterma, o bien por debajo de la misma? ¿Qué sucede cuando la composición del sistema se encuentra ubicada en la línea que define la isoterma de equilibrio?

4. En el caso de las líneas de unión, ¿los puntos encontrados fueron colineales?, si no fuese el caso ¿a que se pueden atribuir además de los consabidos errores experimentales y aleatorios?

5. Conceptualmente, ¿cómo pueden interpretarse las líneas de unión?

R.- de acuerdo a las gráficas realizadas observamos que el comportamiento de las líneas de unión fue no paralelo, esto de acuerdo a lo expuesto por Castellan (1987), los puntos a y b representan las fases Líquidas conjugadas en ausencia de ácido acético. Supongamos que la composición general del sistema es c, de manera que haya, según la regla de la palanca, más de la capa b que de la capa a. si se añade un poco de ácido acético, la composición se desplaza a lo largo de la línea que une c con el vértice del ácido acético, punto c´. la adición de ácido acético cambia la composición de las dos capas a´ y b´. el ácido acético va con preferencia a la capa más rica en agua, b´, de modo que la línea de unión entre las soluciones conjugadas a´ y b´ no es paralela a ab. Las cantidades relativas de a´ y b´ están dadas por la regla de la palanca, esto es, por la relación de los segmentos de la línea de unión a´b´. La adición continuada de ácido acético desplaza la composición a lo largo de la línea discontinua cC; la fase rica en agua crece, mientras que la rica en cloroformo disminuye. En c´´ sólo quedan vestigios de la capa rica en cloroformo, mientras que sobre c´´ el sistema es homogéneo.

Como las líneas de unión no son paralelas, el punto en el cual las dos soluciones conjugadas tienen la misma composición no está situado en la cima de la curva binodal, sino fuera, a un lado del punto de pliegue.

CONCLUSIONES:

1. ¿Qué utilidad práctica en el área farmacéutica se puede dar a las isotermas de equilibrio de fases de tres componentes y a las líneas de unión?

Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de fase en sistemas multicomponentes tienen aplicaciones importantes en química. La ciencia de materiales estudia la estructura, propiedades y aplicaciones de los materiales científicos y tecnológicos.Las plantas poseen una variedad de mezclas de compuestos activos tales como lípidos, grasas, fotoquímicos, fragancias, pigmentos y sabores que son ampliamente utilizados en la industria, en la industria farmacéutica y en la industria cosmética. Para separar estos compuestos (solutos) de la fase sólida, ésta se pone en contacto con una fase líquida, ambas fases entran en contacto íntimo y el (los) soluto(s) se difunde(n) desde el sólido a la fase líquida, lo que permite una separación de los componentes de su estructura natural original.Se trata de sistemas en los que al menos hay tres componentes. En la mayoría de los casos los tres componentes están en las dos fases.Ejemplo: productos farmacéuticos, como la penicilina se obtiene mezclas complejas, y mediante extracción líquido-líquido podemos separar ciertos componentes.

2. Describir al menos tres ejemplos de sistemas de tres componentes que se emplean en el área farmacéutica.R.- estos diagramas podrían aplicarse por ejemplo, a sistemas de surfactante/aceite/agua, sistemas de saborizante/agua/alcohol, sistemas de mezclas droga/propulsores, sistemas de droga/agua/propilenglicol.

3. ¿Qué sugiere para obtener datos más confiables y precisos sobre la misma base experimental?

Bibliografía

DIAGRAMAS DE FASES, NELSON SANTANDER, 1998 FISICOQUÍMICA, IRA N. LEVINE, TERCERA EDICIÓN McGraw-Hill