Practica #5

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA

LABORATORIO INTEGRAL II PRÁCTICA 5. DETERMINACION EXPERIMENTAL DE UN DIAGRAMA DE EQUILIBRIO PARA LIQUIDOS PARCIALMENTE MISCIBLES (FENOL-AGUA) Augusto Brasil Ocampo Medina

Dr. BRAVO SANCHEZ ULISES IVAN SEPTIMO SEMESTRE AGOSTO-DICIEMBRE 2014 PRÁCTICA REALIZADA: 10 DE SEPTIEMBRE DE 2014

5.1 Objetivo de aprendizaje

Estudiar el comportamiento de un sistema de líquidos parcialmente miscibles, a presión constante. Determinar la temperatura y la composición crítica del sistema. 5.2 Introducción

Miscibilidad es la habilidad de dos o más sustancias líquidas para mezclarse entre sí y formar una o más fases, o sea, mezcla es el conjunto de dos o más sustancias puras. Cuando dos sustancias son insolubles, ellas formas fases separadas cuando son mezcladas. El concepto de sistema heterogéneo implica el concepto de fase. Fase es toda porción de un sistema con la misma estructura o arreglo atómico, con aproximadamente la misma composición y propiedades en todo el material que la constituye y con una interface definida con toda otra fase vecina. Puede tener uno o varios componentes. Debe diferenciarse del concepto de componente, que se refiere al tipo de material que puede distinguirse de otro por su naturaleza de sustancia química diferente. Por ejemplo, una solución es un sistema homogéneo (una sola fase) pero sin embargo está constituida por al menos dos componentes. Por otro lado, una sustancia pura (un solo componente) puede aparecer en dos de sus estados físicos en determinadas condiciones y así identificarse dos fases con diferente organización atómica y propiedades cada una y con una clara superficie de separación entre ellas (interface). Los equilibrios entre fases pueden corresponder a los más variados tipos de sistemas heterogéneos: un líquido en equilibrio con su vapor, una solución saturada en equilibrio con el soluto en exceso, dos líquidos parcialmente solubles el uno en el otro, dos sólidos totalmente solubles en equilibrio con su fase fundida, dos sólidos parcialmente solubles en equilibrio con un compuesto formado entre ellos, etc. El objetivo es describir completamente el sistema. 5.3 Desarrollo experimental 5.3.1 Materiales y reactivos Material

Tubos de ensayo Piseta Vaso de precipitación de 500 ml Agitador Bureta Gradilla Espátula Pipeta Pinzas para crisol Balanza. Termómetro Parrilla eléctrica Soporte Universal Reactivos

Fenol 5.3.2 Procedimiento

Agua

1. Preparar 9 soluciones de fenol con las siguientes concentraciones en porciento en peso: 16.67, 20, 30, 36.67, 40, 43.33, 50, 60 y 66.67% 2. Colocar las soluciones en tubos de ensayo de tal forma que el orden de la Tabla 1 se conserve. 3. Tomar el Tubo 1 y calentar en un baño maría, registrar la temperatura a la cual se tiene una solución homogénea. 4. Dejar enfriar la solución del Tubo 1 y registrar la temperatura a la cual se tiene una solución heterogénea. 5. Repetir los pasos 3 y 4, con los diferentes tubos de ensayo. 6. Registrar los datos obtenidos en la siguiente tabla. Tabla 5.1: Datos experimentales obtenidos

Tubo

Composición de fenol (% peso)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

16.67 20.00 30.000 36.67 40.00 43.33 50.00 60.00 66.67

Temperatura de la solución homogénea (T1)

60 62 66 67 67 67 65 61 51

60 62.2 66.4 67 65.8 66.2 64.6 60.2 49.6

Promedio Temperaturas (T1)

Temperatura de la solución heterogénea (T2)

60 62.1 66.2 67 66.4 66.6 64.8 60.6 50.3

59 62 67 67 65 66 64 58 49

Promedio Temperaturas (T2)

61 61 65 66 66 66 65 65 50

60 61.5 66 66.5 65.5 66 64.5 61.5 49.5

5.4 Resultados •Con los datos obtenidos anteriormente construya el diagrama de fases del sistema condensado

fenol-agua, a presión atmosférica, graficando el promedio de las temperaturas T1 y T2 en función del porciento en peso de fenol en el sistema.

Temperatura de transparencia (T1) VS fracción peso de fenol (curva de miscibilidad)

80 70 60 50 40 30 20 10 0

Series1

Temperatura de turbiedad (T2) VS fracción peso de fenol (curva de miscibilidad) 70 60 50 40 30

Series1

20 10 0

•Investigue en que consiste el método de la Ley del Diámetro Rectilíneo y elabore un pequeño

resumen, que se anexara al reporte de la práctica (máximo dos hojas). Ley del diámetro rectilíneo: Volúmenes críticos, la mejor forma de obtener

esta constante crítica es con ayuda de la regla conocida como la ley del diámetro rectilíneo, descubierto por L. Cailletet y E. Mathias (1886) y comprobada a continuación por S. Young (1900) y otros. Esta ley establece que la media de las densidades de cualquier sustancia en el estado líquido y en el de vapor saturado, a la misma temperatura, es una función lineal de la temperatura. Las densidades del líquido y del vapor saturado en equilibrio con el mismo se conocen como densidades ortóbaros, y si Pt es la media aritmética a una temperatura t. El punto crítico puede localizarse como el máximo de la curva de solubilidad mutua de los dos líquidos, por simple inspección, pero en muchas ocasiones la curva es tan aplanada que este método visual introduce notables errores, por lo que suele utilizarse la llamada ley del diámetro

rectilíneo, que es una extensión del método introducido por Cailletet y Mathias para determinar la densidad crítica en las isotermas de los gases reales. •Determine la temperatura y composición del punto crítico del sistema utilizando la ley del

diámetro rectilíneo. 80 y = -0.0175x2 + 1.3066x + 42.502 R² = 0.9101

70 60 50

Series1

40

Poly. (Series1)

30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

•Compare los resultados obtenidos con los reportados en la literatura y reporte el error

experimental encontrado: ( )

( )

 

 

65.85 °C

67 °C

1.7463%

37

5.5 Conclusiones

Para hacer la gráfica de solubilidad del fenol en agua, es más confiable graficar con las temperaturas de la fase heterogénea ya que es más fácil visualizar el momento en que pasa de ser un sistema de una fase a otro de dos fases. El fenol es parcialmente miscible con el agua porque tiene una átomo de hidrogeno unido a un átomo de oxigeno es muy electronegativo, el fenol es capaz de formar enlaces de hidrogeno fuertes. Estos enlaces mantienen unidos entre si a las moléculas del fenol(permiten sus asociación), como resultado de ello el fenol tiene un punto de ebullición que corresponde a un compuesto con peso molecular muy alto. La temperatura critica es aquella en la que la miscibilidad se hace completa y en la cual existe una composición critica de disolución en la que se alcanza la igualdad de composición de las dos fases. 5.6 Bibliografía •M. Diaz Peña y A. Roig Muntaner, Química Física, Al hambra, 1975 •CASTELLAN, G. Fisicoquímica. Fondo Educativo Interamericano, México, 1976. 835 p. 56-89