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Equilibrio

Enviado por rodneyperu



Indice
1. Introducción
2. Ejemplo de calculo
3. Análisis y discusión resultados
4. Conclusiones y recomendaciones
5. Bibliografía

1. Introducción

El presente informe a tratar tiene como objetivo principal determinar el diagrama de temperatura- composición, para sistemas de líquidos volátiles cuyo comportamiento es cercano al ideal.

La práctica se inició determinado el punto de ebullición del tetracloruro del carbono, en un equipo especial para puntos de ebullición: recoger 1 ml de destilado y de residuo para medir su índice de refracción, luego añadir incrementos de ciclo hexano y volver a repetir el procedimiento. Medir el punto de ebullición del ciclo hexano y añadir incrementos de tetracloruro de carbono. Seguidamente preparar soluciones de 2,5 ml indicadas en la guía, y medir el índice de refracción.

Se concluye que el aumento del pinto de ebullición depende únicamente del número de moles de soluto que estén presente en una cantidad dada de disolvente. La naturaleza individual del soluto no causa ninguna diferencia mientras su acción sea ideal. Es decir depende del equilibrio solvente puro sólido o con el solvente puro en estado de vapor. Se recomienda calentar lentamente la solución, para evitar que el vapor se condense bruscamente.
Las condiciones ambientales a las que se trabajó fueron: P = 756 mmHg, T = 21ºC, H = 80%
La elevación del punto de ebullición es útil para determinar la masa molecular relativa de materiales solubles no volátiles.

A su vez, también es útil en un experimento de destilación, el vapor es atraído y condensado completamente, la primera caída proporciona una muestra de líquido más rico en el componente más volátil que la muestra original. Además el líquido restante es más rico en el componente menos volátil y por lo tanto el punto de ebullición se desplaza hacia valores mayores. Repitiendo el proceso se llega a un condensado que al final será virtualmente el componente volátil puro. Aunque el término "destilación" se usa algunas veces para aquellos procesos donde un componente simple se vaporiza de una solución, por ejemplo en el "caso del agua destilada", en ingeniería el término "destilación" se aplica sólo para aquellas operaciones en las cuales la vaporización de una mezcla líquida produce una fase de vapor que contiene mas de un componente que del otro, queriendo recuperar uno o algunos de los componentes en estado puro. El fundamento de la destilación fraccionada consiste en que se hierve la mezcla líquida para separarla en fracciones por condensación de los vapores. Luego se redestilan las diferentes fracciones y eventualmente se pueden obtener los dos componentes separados. No obstante, en escala industrial no es práctico este procedimiento, por lo cual en las industrias de petróleo, del alquitrán de hulla y del alcohol etílico se usan las columnas de fraccionamiento.

Una de las funciones más importantes de la sangre es la de transportar oxígeno de los pulmones hasta los tejidos del cuerpo y el bióxido de carbono de los tejidos del cuerpo hasta los pulmones. La sangre entera disuelve grandes cantidades de oxígeno, debido que el oxígeno reacciona químicamente con la hemoglobina de los glóbulos rojos, por lo que no se puede usar la ley de Henry para predecir esta solubilidad. El nitrógeno tiene una solubilidad parecida en la sangre entera y en el plasma; y es la causa principal si los nadadores submarinos vuelven con demasiada rapidez a las condiciones normales de presión, ocasionando la liberación repentina de las burbujas de gas en la corriente sanguínea, esto puede acarrear la ruptura de los capilares; porque no hay ningún mecanismo que altere la aplicación de la ley de Henry. El peligro se puede reducir mediante un regreso lento a las condiciones atmosféricas, proceso conocido como descompresión, dejando transcurrir tiempo suficiente entre los cambios sucesivos de presión para que el cuerpo pueda expulsar el exceso de nitrógeno. Si se usa una mezcla de oxígeno y helio en lugar del aire, se puede reducir el tiempo necesario para expulsar el gas, ya que el helio es mucho menos soluble que el nitrógeno. Esa aplicación se ha usado con éxito en años recientes.

Tabulación de datos y resultados
Condiciones del laboratorio

Presion mmhg

Temperatura ºc

Humedad

756 mmHg

21ºC

80%

Puntos de ebullición e índice de refracción
Sistema a con incrementos de b

Incremento N°

Volumen de B en A (ml)

Temp. de Ebullición

Indice de Refracción del Destilado

Indice de Refracción del Residuo

0

25 ml de A

78,5

1,461

1,461

1er

2,0 de B

78,5

1,442

1,442

2do

4,0 de B

78,5

1,441

1,440

3ro

4,0 de B

79,0

1,440

1,438

4to

5,0 de B

79,0

1,439

1,436

5to

5,0 de B

80,0

1,436

1,434

Sistema B Con Incrementos De A

Incremento N°

Volumen de B en A (ml)

Temp. de Ebullición

Indice de Refracción del Destilado

Indice de Refracción del Residuo

0

25 ml de B

81,0

1,427

1,427

1er

2,0 de A

80,5

1,428

1,429

2do

4,0 de A

79,5

1,432

1,433

3ro

4,0 de A

78,5

1,437

1,436

4to

5,0 de A

78,5

1,441

1,440

5to

5,0 de A

78,0

1,444

1,443

Datos Teóricos

Sustancia

Densidad (20ºC)

Coef. Dilatación (B)

Peso Molecular

CCl4

1.595 g/ml.

1.236 x 10-3

153.84 g/mol

C6H12

0.779 g/ml.

1.134 x 10-3

84.16 g/mol.

Tabla Nº 1 – Curva Patrón

Muestra Nº

Contenido de A

Contenido de B

Indice de Refracción

Composición % molar de A

1

2,50 ml

0,00 ml

1,461

100

2

2,00 ml

0,50 ml

1,454

81,75

3

1,50 ml

1,00 ml

1,447

62,69

4

1,00 ml

1,50 ml

1,440

42,75

5

0,50 ml

2,00 ml

1,434

21,87

6

0,00 ml

2,50 ml

1,427

0

Tabla Nº 2 Diagrama Temperatura – Composición

Sistema A con Incrementos de B

Incremento Nº

T ºC Ebullic.

Indice de Refracc. de Destilado

% Molar A

Indice de Refracc. del Residuo

% Molar B

0

78,5

1,461

100

1,461

000

1er

78,5

1,442

1,442

2do

78,5

1,441

1,440

3ro

79

1,440

1,438

4to

79

1,439

1,436

5to

80

1,436

1,434

Sistema B con Incrementos de A

Incremento Nº

T ºC Ebullic.

Indice de Refracc. de Destilado

% Molar A

Indice de Refracc. del Residuo

% Molar B

0

81,0

1,427

0

1,427

100

1er

80,5

1,428

1,429

2do

79,5

1,432

1,433

3ro

78,5

1,437

1,436

4to

78,5

1,441

1,440

5to

78,0

1,444

1,443

Indice De Refracción De Los Componentes Puros

Sustancia

Indice de Refracc. Teórico Puro

Indice de Refracc. Experimental Puro

% Error

CCl4

1,46010

1,461

0,06

C6H12

1,42662

1,427

0,03

2. Ejemplo de calculo

Determinar de la Composición del Destilado y Residuo.
Calcule el % molar del componente A en cada una de las mezclas preparadas en a Tabla Nº 2
Componente A = Tetracloruro de carbono (153.84 g/mol)
Componente B = Ciclohexano (84.16 g/mol)

Sabemos que:
Fracción molar de A = XA = Moles de A (nA)
Moles totales (nT)

Además:
NA = Masa de A (nA) y r A = Masa de A
Peso molecular de A Volumen de A

Entonces necesitamos los valores de las densidades de los componentes a la temperatura de trabajo (21ºC), que se pueden obtener mediante la sgte fórmula:
r T = r To
1 - b 1 (To – T)

Donde: r T = Densidad del líquido a la Temp. Requerida
r To = Densidad del líquido a una Temp. Conocida
b 1 = Coeficiente de expansión cúbica del líquido

Entonces para el Tetracloruro de carbono a la Temp. de 21º C:
r T = 1,595 g/ml = r 21ºC = 1,5930 g/ml
1 – 1,236 x 10-3 (20-21) CCl4

De igual manera para el otro componente (C6H12) de los datos teóricos de la Tabla
r 21ºC = 0,7781 g/ml
C6H12

Entonces: nA = r A * VA / Peso molecular de A
Para la muestra (5) : VA = 0,5 ml; VB = 2.0 ml
Entonces:
XA = nA .
nA + nB

Número de moles del CCl4:
nCCl4 = 1,5930 x 0,5 = 0,005177 mol
153,84
nC6H12 = 0,7781 x 2,0 = 0,018491 mol
84,16

Entonces
XCCl4 = 0,005177 = 0,2187
0,005177 + 0,018491
% XCCl4 = XCCl4 x 100
% XCCl4 = 21,87

De igual manera para las otros volúmenes de muestra.
Construye la curva de índice de refracción - % molar de A para las mezclas de la Tabla Nº 2
Del gráfico determine el % molar de A de cada una de las muestras del Destilado y Residuo
Para determinar los % molares de A en las muestras del Destilado y Residuo primero se ubica en el eje de las ordenadas el índice de refracción que se midió experimentalmente mediante el refractrometro, luego se prolonga una horizontal hacia la curva y desde ese punto se traza una vertical al eje de las abscisas determinando así el % molar de A. (Ver Tabla)

Construcción y Aplicación del Diagrama Temperatura- Composición
Construcción del diagrama Temperatura- Composición del sistema A – B

Para la construcción de esta gráfica se colocaron los índices de refracción de los Destilados y Residuos en la gráfica patrón, a partir de esta, se obtienen gráficamente trazando un horizontal hasta la recta patrón y luego bajar una vertical hasta el eje de las abscisas, obteniendo así las composiciones de estas en las mezclas. Estas composiciones molares se elevan a una curva en donde en el eje de coordenadas están las temperaturas de ebullición a cada incremento. La curva que se forma es de forma lenticular del tipo I (usando un criterio personal), la curva de vapor esta formada por las fracciones molares de A que se obtengan del Destilado y los de la curva líquida formada por las fracciones obtenidas de los Residuos

Obtener el número de moles del líquido y del vapor en el equilibrio para 10 moles de la mezcla a la temperatura de 79ºC y a la composición de 51 % de la recta de equilibrio en el diagrama Temperatura- Composición.

En la gráfica T - X, graficamos el punto T = 79º y %XA = 51%, luego trazando una línea horizontal de equilibrio hacia las curvas de vapor y líquido, obtenemos las distancias y las composiciones del Destilado y Residuo respectivamente para utilizar la regla de la palanca y hallar las composiciones del vapor y el líquido en 10 moles de la mezcla.

Del gráfico adjunto obtenemos las distancias hacia la curva de vapor y hacia la del líquido y sabiendo que:
nLiq + nvap = 10 moles . . . (1)
Utilizando la regla de la palanca en el punto obtenemos:
nLiq = b (2) Siendo a y b valores tomados de la gráfica Temp- Composición
nvap a

Luego:
nLiq = 8,4
nvap 5,6
nLiq = 1,5 x nvap

Entonces en (1):
1,5 x nvap + nvap = 10
nvap = 4 moles
nvap = 6 moles

3. Análisis y discusión resultados

La gráfica temperatura- composición no sale muy definida debido a que no es una solución ideal, a su vez al momento de medir el índice de refracción, puede haberse tomado mal los datos o no haber estado calibrada la máquina.
Al calentar la solución en el equipo para puntos de ebullición, la llama debió ser baja y constante para evitar que escape el vapor bruscamente, además de que se altere el equilibrio líquido- vapor. Así mismo al momento de añadir incremento o retirar residuo pudo haberse dejado abierto esa entrada, bajando la concentración de la mezcla, por ser volátil.
La curva temperatura- composición sale super delgada, esto indica que tratar con destilación a esa mezcla no es recomendable, por no ser muy económica, porque habría de repetirse la operación muchas más veces, más que las normales, haciendo gastos extras.

Un motivo muy importante por lo que no se realizó bien el experimento fue tal vez que el CCl4, estaba contaminado o que el sistema empleado CCl4 – C6H12, no era el más adecuado para trabajar el equilibrio líquido – vapor.

4. Conclusiones y recomendaciones

El vapor es más rico en el CCI por ser el más volátil que el ciclo hexano, con el cual está en equilibrio.
Una solución hierve cuando la suma de las presiones parciales de los componentes llegue a ser igual a la presión aplicada.
Para la solución estudiada se observará que a mayor temperatura menor será el índice de refracción, es decir este es inversamente proporcional a la temperatura.
El desarrollo de la curva patrón da como resultado una curva muy leve también puede ser tomado como una recta, sin tener muchos problemas para el desarrollo de la otra gráfica.
El sistema analizado para una gráfica temperatura vs. composición nos genera un ojiva donde se encontraran en Equilibrio Líquido y Vapor. En donde el líquido A (CCl4) esa más volátil que el líquido B (C6H12). En el vapor ha aumentado la fracción molar del segundo, continuando la destilación se observará que el vapor rico en A es mayor en proporción a su líquido; bajando la fracción molar de A.
La utilización de esta gráfica es muy importante para obtener datos acerca de composiciones de mezclas y cantidades de destilaciones, etc.
Con una adecuada gráfica se puede determinar si se producen azeótropos en la destilación y en que punto se encuentran.
Tapar inmediatamente la solución que se encuentra en el balón, al momento de sacar residuo o agregar el incremento, debido a que son sustancias volátiles.
Al limpiar los materiales se debe tener mucho cuidado al limpiar los materiales pues los líquidos puros pueden contaminarse, y aumentar los porcentajes de error.
Al tomar la temperatura se debe observar el punto más exacto de la temperatura de ebullición, al igual que la cantidad de volúmenes tomados, los que pueden alterar la gráfica #1 (la curva patrón), de la cual se obtendrá la gráfica #2 (Equilibrio líquido – vapor).

5. Bibliografía

Alberty R., Daniels F., "Fisicoquímica", versión SI, 1ra ed., Cía. Ed. Continental, México 1984, pág. 120
Atkins, P., "Fisicoquímica", 2da ed., Ed. Addison Wesley Iberoamericano, México 1978, págs. 194, 201-202, 210-212.
Castellan G., "Fisicoquímica", 1ra ed., Fondo Educativo Interamericano, México 1978, págs. 283-284, 305-310.
Crockford H., Nowell J., "Fundamento de Fisicoquímica", 2da ed., Ed. Aguilar SA, págs. 105, 118, 127-130.
Pons G., "Fisicoquímica", versión SI, 6ta ed., Ed. Universo, Lima 1985, págs. 278, 286-290, 296.

 

 

Autor:


Rodney Pujada


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