sistemas ternario 11.docx

Escuela Superior Politécnica del LitoralFacultad de Ciencias Naturales y Matemáticas

Practica N° 12

SISTEMA TERNARIO DE LIQUIDOS. TIPO 1: UN PAR MISCIBLE PARCIALMENTE

Integrantes:

Abatte Delgado Helen García Echeverría Elías González Quiñonez María Naranjo Ortiz Andrea Pactong Tobar Solange Zambrano García Erick

Profesor:

DRA. Mendoza Solorzano María de Lourdes

Paralelo: 1

Fecha de Entrega:

Miércoles, 06 de febrero de 2013

Objetivos:

Determinar experimentalmente la curva de solubilidad del sistema ternario: ácido acético, cloroformo y agua.

Identificar puntos de doblez y puntos triples en la curva de solubilidad.

Marco Teórico:En un sistema de liquido-liquido ternario, las variables a considerar son 5: (T, P y las composiciones de cada uno de los tres componentes). Por lo tanto, para describirlo completamente habrá que fijar 4 de las 5 variables del sistema. Como los gráficos de tantas variables son muy difíciles de interpretar, se elige mantener algunas de ellas constantes y graficar las restantes una contra

otras. En este caso se trabajará en condiciones de presión y temperatura constantes y se graficarán las composiciones de sus tres componentes en un diagrama triangular, en unidades de porcentaje en masa. Para sistemas ternarios, el método más común de representar gráficamente la relación de composiciones a presión y temperatura constantes, es mediante el uso de un triángulo equilátero (Triángulo de Gibbs) donde cada vértice representa a un componente puro. A continuación se presenta la curva de solubilidad del sistema del ácido acético, cloroformo y agua.

Los pares cloroformo-ácido acético y agua-ácido acético, son completamente miscibles mientras que el par agua-cloroformo no lo es. En la figura anterior los puntos a y b representan las fases líquidas conjugadas en ausencia de ácido acético. Se asume que la composición general del sistema se representa con la letra c, de manera que haya mas de la capa b que de la capa a. Si hay un exceso de ácido acético la composición se desplaza a lo largo de la línea que une c con el vértice de ácido acético c’, debido a este exceso la composición de las otras dos capas cambia a a’ y b’. Se observa que el ácido acético va con mas preferencia a la capa b que es mas rica en agua. Si se sigue añadiendo 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’’ queda poco de la capa rica en cloroformo y en c’’ el sistema es homogéneo. La curva akb se conoce como curva binodal o curva de solubilidad.

Las líneas de unión no son paralelas, el punto en el cual las dos soluciones conjugadas tienen la misma composición no esta en la cima de la curva de solubilidad, sino afuera al lado del punto y se lo conoce como punto de doblez o punto de pliegue. Si la temperatura aumenta se altera la extensión y la forma de la región bifásica, por lo que aumenta la solubilidad mutua.

Efecto de la temperatura en la grafica.El aumento de la solubilidad a temperatura alta influye en el equilibrio ternario; esto es, decrece el área de heterogeneidad a temperaturas más altas. También cambian las pendientes de las líneas de unión con la variación de la temperatura

Efecto de la temperatura en el equilibrio de fase de fases de sistemas ternarios.

Efecto de la presiónEl efecto de presión, excepto a presiones muy altas, es tan pequeño que generalmente no se toma en cuenta. Debe asegurarte que la presión se encuentre lo suficientemente alta como para mantener un sistema complemente condensado, es decir, arriba de las presiones de vapor de las soluciones.

Elección del disolvente Existe una ampolla posibilidad de elegir entre los líquidos que se van a utilizar como disolventes para las operaciones de extracciones. Es poco probable que cualquier líquido particular exhiba toda la propiedad que se consideran deseables para la extracción, por lo tanto se deben considerar las siguientes características de tomar las decisiones: Selectividad, coeficiente de distribución, insolubilidad del solvente, recuperabilidad, densidad, tensión interfacial, reactividad química, presión de vapor, toxicidad, disponibilidad en el mercado y punto de congelación.

Punto de pliegue (punto crítico).Se conoce como punto de pliegue a la última de las líneas de unión y el punto en donde se encuentra las curvas de solubilidad del lado del refinado y la fase de extracto, generalmente no se encuentra en el valor máximo que se encuentra sobre la curva de solubilidad por lo que es necesario calcularlo. En este trabajo se describe dos métodos gráficos para derivar el punto de pliegue o punto crítico de los sistemas ternarios y seudoternarios estudiados.

Método grafica para determinar el punto de pliegue

El método de grafico para derivar el punto de pliegue representado en la grafica consiste en trazar una línea desde el punto que representa una línea de unión del lado del refinado. Posteriormente, se traza una línea paralela desde el punto que representa la línea de unión del lado del extractor. El punto de intersección de estas dos líneas determinar un punto de tendencia hacia el punto de pliegue. Con todas las líneas de

unión se trazan puntos de tendencia, siguiendo estos puntos hasta encontrar la curva binodal se determina el punto de pliegue

MATERIALES Y REACTIVOS:Materiales:

Matraz Erlenmeyer 250 ml. Matraz Erlenmeyer 125 ml. Pipetas 10 ml. Bureta 50 ml. Pizetas Pinzas Soporte universal Maquina de Baño María.

Reactivos: Cloroformo (CHCl3) Agua destilada H2O (d) Acido acético (CH3COOH) Hidróxido de sodio (NaOH) Fenolftaleína.

Procedimiento

1. En un Erlenmeyer de 250 ml preparar una mezcla de 10 ml de cloroformo y 1 ml de agua destilada.

2. Agregar acido acético hasta obtener una solución clara (agitar vigorosamente el frasco después de cada adición de acético, ya que se depositan gotas de cloroformo en el fondo del matraz antes de alcanzar completa miscibilidad. Éstas desaparecen en el punto final). Repetir el procedimiento agregando cada vez a la mezcla ternaria resultante: 1, 1, 2, 5, 10, 20, 30 ml de agua.

3. En otro Erlenmeyer de 250 ml se efectúan las mismas titulaciones anteriores con mezclas de 2ml de cloroformo y 5 ml de agua. Después de obtener una solución clara con ácido acético, se agregan cuatro porciones de 5 ml de agua y en cada caso, se agrega ácido acético hasta que la turbiedad de la mezcla desaparezca.

4. Las líneas de unión se determinan preparando tres mezclas con un volumen total de de 50 ml y de composición total, en porcentaje de volumen de: 35% cloroformo y 25% de ácido acético, 30% de cloroformo y 35% acético, y 30% cloroformo y 45% de ácido acético. El resto es agua.

5. Cada mezcla se pone en un Erlenmeyer de 125ml. Agitar vigorosamente. Utilizar un embudo de separación para separar las dos fases formadas, la más densa es la rica en cloroformo. Pese cada una de las fases.

6. Analizar el ácido acético en cada fase. Utilice toda la fase orgánica y una alícuota de 5 ml para la fase acuosa. Use una solución 2 M en hidróxido de sodio y fenolftaleína como indicador.

7. Anote la temperatura ambiente.

Datos

Primera Parte

Titulación con Ácido Acético en la mezcla ternaria

Volumen del Cloroformo Volumen del Agua Agregado al Sistema Ternario

Volumen del Ácido Acético

10 ml 1 ml 6.3 ml10 ml 1 ml 2 ml10 ml 1 ml 2 ml10 ml 2 ml 3.5 ml10 ml 5 ml 7.7 ml10 ml 10 ml 12.2 ml10 ml 20 ml 18 ml10 ml 30 ml 38.2 ml

Segunda Parte

Titulación con Ácido Acético en la mezcla ternaria

Volumen del Cloroformo Volumen del agua agregado al Sistema Ternario

Volumen del Ácido Acético

2 ml 5 ml 9.1 ml2 ml 5 ml 3.2 ml2 ml 5 ml 2.8 ml2 ml 5 ml 2.5 ml2 ml 5 ml 2.4 ml

Tercera Parte

Proceso de Decantación Volumen Total 50%

1. Primera Muestra. 35% cloroformo y 25% de ácido acético

Peso del Vaso Vacío Peso Total del vaso con la muestra

Peso de la Fase Orgánica

28.9044 gr 53.5491gr 24.6447 gr


Peso de la Fase Inorgánica

48.4096 gr 96.4005 gr 47.9909 gr

2. Segunda Muestra. 30% de cloroformo y 35% acético



34.5747 gr 47.1713 gr 12.5966 gr

Peso del Vaso Vacío Peso Total del vaso con la Peso de la Fase Inorgánica

muestra32.7404 gr 65.5017 gr 32.7613 gr

3. Tercera Muestra. 30% cloroformo y 45% de ácido acético



53.3333 gr 53.7743 gr 0.441 gr


Peso de la Fase Inorgánica

48.1740 gr 83.8400 gr 35.666gr

Volumen en la titulación con NaOH para la fase inorgánica

Muestra Volumen Total del NAOH Volumen Consumido del NaOH en cada muestra

Primera Muestra 17.7 ml 17.7 mlSegunda Muestra 23. 9 ml 6.2 mlTercera Muestra 25.6 ml 1.7 ml

Cálculos

Primera Parte

mcloroformo=ρ×v=1.484 grml×10ml=14.84gr

1ml de H20

magua= ρ×v=1.00 grml×1ml=1gr

mac .acetico=ρ×v=1.049 grml×6.3ml=6.61gr

%Agua=1×10022.45

=4.45%

%cloroformo¿ 14.84×10022.45

=66.10%

%ac. Acético¿ 6.61×10022.45

=29.44%

2ml de H20



%Agua=2×10025.5467

=7.8287%

%cloroformo¿ 14.84×10025.5467

=58.089%

%ac. Acético¿ 8.707×10025.5467

=34.0153%

3 ml de H20



%Agua=3×10028.6447

=10.4731%

%cloroformo¿ 14.84×10028.6447

=51.8071%

%ac. Acético¿ 10.8047×10028.6447

=37.7197%

5ml de H20



%Agua=5×10034.3162

=14.5704%

%cloroformo¿ 14.84×10034.3162

=43.2448%

%ac. Acético¿ 14.4762×10034.3162

=42.1847%

10ml de H20



%Agua=10×10047.1335

=21.2163%

%cloroformo¿2 14.84×10047.1335

=31.4850%

%ac. Acético¿ 22.5535×10047.1335

=47.8503%

20ml de H20



%Agua=20×10070.1913

=28.4935%

%cloroformo¿ 14.84×10070.1913

=21.1422%

%ac. Acético¿ 35.3513×10070.1913

=50.3642%

40 ml de H20



%Agua=40×100109.0733

=36.6726%

%cloroformo¿ 14.84×100109.0733

=13.6055%

%ac. Acético¿ 54.2333×100109.0733

=49.7219%

70ml de H20



%Agua=40×100179.1451

=22.3282%

%cloroformo¿ 14.84×100179.1451

=8.2838%

%ac. Acético¿ 94.3051×100179.1451

=52.6417%

Segunda Parte

mcloroformo=ρ×v=1.484 grml×10ml=14.84gr

5ml de H2O



%Agua=5×10023.1968

=21.5547%

%cloroformo¿ 14.84×10023.1968

=63.9743%

%ac. Acético¿ 3.3568×10023.1968

=14.4709%

10ml de H2O


mac .acetico=ρ×v=1.049 grml×6ml=6.294gr

%Agua=10×10031.134

=32.1192%

%cloroformo¿ 14.84×10031.134

=47.6649%

%ac. Acético¿ 6.294×10031.134

=20.2158%

15ml de H2O



%Agua=15×10038.7565

=38.7032%

%cloroformo¿ 14.84×10038.7565

=38.2904%

%ac. acetico¿ 8.9265×10038.7565

=23.0322%

20ml de H2O



%Agua=20×10046.27

=43.2246%

%cloroformo¿ 14.84×10046.27

=32.0726%

%ac. acetico¿ 11.4341×10046.27

=24.7117%

Tercera parte

Molaridad del NaOH

MNaOH=49.2 gr de NaOH ×1molNaOH

40 gr NaOH×

10.1 l

=12.23M

¿¿

m totalac . acetico=Vtotal×%×1.049 grml

mac .acetico en lafase inorganica=M NaOH ×VNaOH ×60.05 grmol

=¿

magua=mtotal en la faseinorg anica−mac .aceticode lafase inorganica

mac .acetico fase organica=mtotal ac .acetico−mac .acetico fase irganica mcloroformo=mtotal fase organica−mac .aceticode la fase inorganica

1. Primera Muestra. 35% cloroformo y 25% de Ácido Acético

m totalac .acetico=50ml×0.25×1.049 grml

=13.1125gr

mac .acetico en lafase inorganica=2.03×17.7∗10−3×60.05 grmol

=2.1576 gr

magua=47.9909gr−2.1576 gr=45.8332gr

mac .acetico fase organica=13.1125 gr−2.1576 gr=10.9549gr

mcloroformo=24.6447 gr−10.9549 gr=13.6898 gr

2. Segunda Muestra. 30% de cloroformo y 35% acético

m totalac . acetico=50ml×0.35×1.049 grml

=18.3575gr

mac .acetico en lafase inorganica=2.03×6.2∗10−3×60.05grmol

=0.7558gr

magua=32.7613 gr−0.7558gr=32.0055grmac .acetico fase organica=18.3575 gr−0.7558 gr=17.6017 gr


4. Tercera Muestra. 30% cloroformo y 45% de ácido acético

m totalac .acetico=50ml×0.45×1.049 grml

=23.6025 gr

mac .acetico en lafase inorganica=2.03M ×1.7ml∗10−3×60.05grmol

=0.2072gr

magua=35.666 gr−0.2072gr=35.4588gr

mac .acetico fase organica=33.3 gr−0.2072 gr=33.0928 gr


Gráfica

Análisis de los Resultados

En esta práctica se considero un sistema de tres componentes líquidos, en la cual dos de ellos presentan una miscibilidad parcial (Cloroformo y Agua) mientras que el acido acético es miscible en ambos.

Nuestros valores de volumen para la parte orgánica (Cloroformo con acido) no se pudo obtener experimentalmente ya que no se mantenía constante la fase, por lo que se tuvo que proceder a realizarlo mediante la diferencia del total de la sustancia con la parte inorgánica.La curva de solubilidad la realizamos con el cálculo 1, mientras que con el cálculo 2, obtenemos las valoraciones de las fases y finalmente con los últimos cálculos obtenemos las líneas de reparto.

La representación grafica de los sistemas ternarios resulta un triangulo equilátero cada vértice del triangulo se toma con un punto de referencia para un 100% del componente que se designa. Los porcentaje de A nos da línea que dividen AB y AC en 10 partes iguales y estas son paralelas a BC. Análogamente las líneas que dividen los lados BA y BC y son paralelas a AC nos dan diversos porcentaje es de B, mientras que las trazadas a lo largo de los lados CA y CB y paralelas a AB representan diversos porcentajes de C

Así las rectas AB, BC y CA dan las relaciones de las concentraciones en los sistemas binarios A-B, B-C y A-C respectivamente y cualquier punto sobre estas líneas se refiere solo a estos sistemas binarios

Cuando dicha composición global queda fuera de aquella área, se producirá únicamente una sola solución homogénea de los tres líquidos. La curva aDb se conoce como binodal. En general el punto D (en el las composiciones se hacen idénticas, y las dos soluciones se unen en una sola fase líquida de composición constante se lo denomina punto crítico isotérmico del sistema o punto de doblez) quedará fuera de la curva binodal. Además el componente a (ácido acético) no se distribuye en forma igual entre las dos capas, a y b, las líneas de unión no son paralelas entre s, ni a BC

Observaciones

a) Al agregar el H2O (d) con el cloroformo se observa que estos dos compuestos son parcialmente miscibles

b) Al agregar H2O (d) con cloroformo agitar hasta que se forme una sola capa ya que estos líquidos son parcialmente miscibles y esta se vuelva opaca la solución

c) Al agregar el CH3COOH a la mezcla de H2O (d) y el cloroformo se observa que estos dos compuestos se separan notablemente y se torna una solución clara

d) En la decantación se observa que la capa inferior se encuentra el cloroformo con CH 3COOH con un poco de agua (fase orgánica) mientras que la capa superior se encuentra lo mismo pero con más agua (fase acuosa)

e) En el momento de titular con NaOH en la primera muestra obtenida de la fase orgánica cambiaba de color rosado pero este no se mantenía por completo así que no titulo ninguna de las fases orgánicas

f) Al momento de titular con el NaOH solo se titulo la fase inorgánica se coloca un poco de fenolftaleína para observar el momento de equilibrio en la fase inorgánica

Recomendaciones

1) Tener cuidado con el ácido acético ya que este es un compuesto inflamable y también es corrosivo para los ojos, piel y vías respiratorias

2) Al colocar el CH3COOH en la bureta tapar la parte superior de esta con papel aluminio debido al CH3COOH que es componente corrosivo

3) Abrir lentamente la llave del embudo de decantación porque si se llegase a abrir muy rápido esta llave podría pasarse la otra fase y podría provocar errores en la práctica

4) Antes de abrir la llave del embudo de decantación destapar el embudo para que libere presión encerrada en este

Conclusiones El diagrama triangular es una de las formas más adecuadas para representar sistemas ternarios

y determinar la curva de solubilidad. El cloroformo y el agua son compuestos parcialmente miscibles por lo que las 2 fases que se

formaron tenían en común el ácido acético y la combinación de ambos compuestos en concentraciones muy pequeñas.

Esta práctica la trabajamos a temperatura ambiente aproximadamente 25°C, por lo general cuando la temperatura aumenta lo hace también la solubilidad, así podemos confirmar que la solubilidad cambia con la variación de la temperatura.

Bibliografía INTRODUCCIÓN A LA EXPERIMENTACIÓN EN QUÍMICA FÍSICA Y QUÍMICA ANALÍTICA, Lorna

Elizabeth Bailey Chapman, Madrid, Pag 209, 2011

PRINCIPIOS DE LOS PROCESOS QUÍMICOS: BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA, Olaf A. Hougen, Kenneth M. Watson, New York, Págs. 179-180, 2006

FISICOQUÍMICA, Gilbert W. Castellan, 3era Edición, Massachusetts, Págs 359-361, 1983 FUNDAMENTOS DE FISICOQUÍMICA, Samuel Maron, Carl Prutton, 1era. Edición, Págs 384-387,

1968

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