Equilibrio

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

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

Sistema B Con Incrementos De A

Datos Teóricos

Tabla Nº 1 – Curva Patrón

Tabla Nº 2 Diagrama
Temperatura
– Composición

Indice De Refracción De Los
Componentes Puros

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