UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
Fes Zaragoza
Carrera: Ingeniería Química Modulo: Procesos de separación
Asignatura: Laboratorio y taller de proyectos
Actividad L2: Sistema ternario de líuidos parcialmente parcialmente miscibles
Alumno:
1. OBJETIVO
!"#"$MI%A$ LAS C&%C"%#$ACI&%"S !"L "S#A!& !" SA#'$ACI(% !" '% SIS#"MA C&%S#I#'I!& P&$ !&S L)Q'I!&S P&C& MISCI*L"S "%#$" S) + '% #"$C"$& C&MPL"#AM"%#" MISCI*L" C&% L&S !&S P$IM"$&S,
+
!I*'-A$
LA
C'$.A
!"
S&L'*ILI!A!
C&$$"SP&%!I"%#" S&*$" '% !IA/$AMA #$IA%/'LA$0 #$IA%/'LA$0
2. RESUMEN "l e1perimento consistío en determinar curvas de calibración de sistemas ternarios, es decir tres componentes don inicialmente y uno tercero ue se a3adiría gradualmente a la me4cla para obtener un euilibro sin llegar a una saturación del sistema por medio del tercer componente esto se observaría por medio de una titulación a trav5s de una bureta graduada graduada de 6ml, el uinto sistema es un sistema propuesto, propuesto, en este caso 7ue glicerol, glicerol, cloro7ormo y 8cido ac5tico, donde el componente ue determinaría el euilibrio seria el glicerol debido a su insolubilidad en 8cido ac5tico pero como el sistema tenia 8cido ac5tico y cloro7ormo, el grado de solubilidad del glicerol en el sistema aumentaba llegando a un euilibrio de 7ases entre los tres componentes0 La cantidad de glicerol a3adida 7ue demasiada y como resultados solo se llegó a tres euilibrios mostrados en los resultados0 "l ob9etivo se cumplió ya ue se pudo observar así como determinar por medio de valoraciones e1perimentales el euilibrio de los sistemas0
3. I!"TESIS "l volume volumen n de agua agua gastad gastada a para para las valoraci valoracione oness de los cuatro cuatro primer primero o sistem sistemas as depender8 directamente de la concentración determinada de los componentes miscibles, se espera ue para el uinto sistema el glicerol determine la curva de euilibrio en la me4cla de los componentes miscibles, esto debido a ue el glicerol ser8 miscible en la me4cla de los dos componentes0
#. MA MARCO RCO CONCE! CONCE!TUA TUAL L DE REFERE REFERENCI NCIA A
!"#"$MI%A$ LAS C&%C"%#$ACI&%"S !"L "S#A!& !" SA#'$ACI(% !" '% SIS#"MA C&%S#I#'I!& P&$ !&S L)Q'I!&S P&C& MISCI*L"S "%#$" S) + '% #"$C"$& C&MPL"#AM"%#" MISCI*L" C&% L&S !&S P$IM"$&S,
+
!I*'-A$
LA
C'$.A
!"
S&L'*ILI!A!
C&$$"SP&%!I"%#" S&*$" '% !IA/$AMA #$IA%/'LA$0 #$IA%/'LA$0
2. RESUMEN "l e1perimento consistío en determinar curvas de calibración de sistemas ternarios, es decir tres componentes don inicialmente y uno tercero ue se a3adiría gradualmente a la me4cla para obtener un euilibro sin llegar a una saturación del sistema por medio del tercer componente esto se observaría por medio de una titulación a trav5s de una bureta graduada graduada de 6ml, el uinto sistema es un sistema propuesto, propuesto, en este caso 7ue glicerol, glicerol, cloro7ormo y 8cido ac5tico, donde el componente ue determinaría el euilibrio seria el glicerol debido a su insolubilidad en 8cido ac5tico pero como el sistema tenia 8cido ac5tico y cloro7ormo, el grado de solubilidad del glicerol en el sistema aumentaba llegando a un euilibrio de 7ases entre los tres componentes0 La cantidad de glicerol a3adida 7ue demasiada y como resultados solo se llegó a tres euilibrios mostrados en los resultados0 "l ob9etivo se cumplió ya ue se pudo observar así como determinar por medio de valoraciones e1perimentales el euilibrio de los sistemas0
3. I!"TESIS "l volume volumen n de agua agua gastad gastada a para para las valoraci valoracione oness de los cuatro cuatro primer primero o sistem sistemas as depender8 directamente de la concentración determinada de los componentes miscibles, se espera ue para el uinto sistema el glicerol determine la curva de euilibrio en la me4cla de los componentes miscibles, esto debido a ue el glicerol ser8 miscible en la me4cla de los dos componentes0
#. MA MARCO RCO CONCE! CONCE!TUA TUAL L DE REFERE REFERENCI NCIA A
Si se me4clan agua y benceno, se observa ue la solución resultante se separa en dos capas omog5neas llamadas 7ases, una encima de la otra0 Se sabe ue este 7enómeno, llamado in miscibilidad, indica ue las dos sustancias son muy poco solubles entre sí; pr8cticamente no se disuelven una a la otra0 La 7ase superior es una solución saturada de agua en benceno
0
Las Las sustan sustanci cias as A, A, * y C pres presen enta tan n tres pare pare9a 9ass de líu líuid idos os parci parcial almen mente te
miscibles
!e las las tres tres sus sustanc tancia iass A, * y C, sol solo se tien tienen en dos dos pare pare9a 9ass solu solubl bles es
parc parcia ialm lmen ente te
e9em e9empl plo o A en * y A en C= pero pero e1is e1iste te una pare9a pare9a de
solubilidad completa
#res res sust sustan anci cias as A, * y C prod produc ucen en solam solamen ente te una pare9 pare9a a de líui líuido doss
parcialmente miscibles
ue se observa la transición de la me4cla, de mono78sica a bi78sica, es decir, el estado de turbide40 La concentración o composición ue presenta el sistema en esta situación indica el grado de solubilidad ue tiene el tercer líuido en la me4cla binaria inicial, y puede cuanti7icarse para saber u5 cantidad de cada sustancia est8 presente en este estado de saturación, @nico a las condiciones de composición, presión y temperatura del e1perimento0 Si la operación descrita en el p8rra7o anterior se repite varias veces utili4ando me4clas binarias con di7erente concentración inicial, pero a la misma presión y temperatura, se alcan4an los estados de saturación correspondientes a cada una y con las composiciones respectivas de los tres líuidos, ue como en el caso anterior, se cuanti7ican0 Los resultados se pueden representar como puntos sobre un diagrama triangular, y la unión entre ellos con una curva suave se llama curva de solubilidad o curva binodal0 "sta curva divide el diagrama en dos 4onas, una en la ue los tres líuidos son completamente miscibles y la otra en la ue se tiene una pare9a parcialmente miscible o 4ona eterog5nea0 #al representación esuem8tica de datos permite averiguar el euilibrio de 7ases líuido líuido ue origina este sistema ternario de líuidos, aspecto muy @til en las operaciones de separación de los componentes de me4clas líuidas0 La separación de los componentes de una me4cla líuida omog5nea es un problema 7recuente en la industria uímica0 La e1tracción líuidoBlíuido es un m5todo muy importante para separar me4clas líuidas, la adición de un solvente en 5sta operación corresponde a la adición de calor en el caso de la separación por destilación0 "l solvente en la operación de e1tracción deber8 ser inmiscible o parcialmente miscible con al menos uno de los componentes de la me4cla para 7acilitar la separación de las 7ases0 La operación de e1tracción líuidoBlíuido consiste de los siguientes pasos: a0 íntimo contacto del solvente
a0 soluciones de componentes ue tienen ba9a volatilidad relativa especialmente cuando la destilación a vacío es cara0 b0 Soluciones con componentes ue 7orman a4eótropos o tienen cercanos puntos de ebullición0 c0 Soluciones de componentes sensibles al calor, tales como antibióticos0
$. REACTIVOS% MATERIALES & E'UI!O 0> $"AC#I.&S Sistema > A: Agua *: #olueno C: Acetona
Sistema 2 A: Agua *: ileno C: "tanol Sistema ? A: Agua *: #etracloruro de carbono C: Acido ac5tico Sistema D A: Agua *: #olueno C: "tanol
S(s)e*a $ A+ ,-(eroB+ C-oro/or*o C+ A(0o a)(o 02 MA#"$IAL
2
*uretas de 6 ml
E
Matraces "rlenmeyer de 6 ml
E
Matraces "rlenmeyer de >2 ml
2
Pipetas volum5tricas de >6 ml
>
Pipeta volum5trica de ml
>
Pipeta volum5trica de 2 ml
2
Pin4as para *ureta
>
Probeta de 6 ml
2
Soportes universales
>
Pipeta graduada de > ml
>
*ureta de >6 ml
0? "Q'IP& >
!ensímetro digital
0D F"$$AMI"%#AS "n 5sta actividad no se utili4a erramienta 0 S"$.ICI&S "lectricidad Agua potable
. !ROCEDIMIENTO G0>
!"%SI!A! !" LAS S'S#A%CIAS "mplear el densímetro digital para medir la densidad de todas las sustancias ue constituyen los cinco sistemas0 "n caso de no contar con este euipo, utili4ar un picnómetro y la t5cnica apropiada0 Los valores se registran sobre la tabla >0
G02
SIS#"MAS > A D
Se disponen matraces "rlenmeyer de 6 ml lavados, secados, etiuetados0 "n 7orma an8loga se preparan dos buretas de 6 ml y se llenan, una con la sustancia * y la otra con la sustancia C0 Preparar en seguida dentro de cada matra4 la me4cla binaria con7orme se indica en la sección > de la tabla 20 "l remanente de las sustancias se regresa a su envase y las buretas se lavan per7ectamente antes de proceder con el sistema siguiente0 Se valora cada una de las soluciones con agua asta ue apare4ca la turbide40 Puede darse el caso e1tremo en ue sea su7iciente a3adir una o dos gotas para ue esto ocurra, por lo ue se recomiendan usar una microburetas para saber con una precisión mayor el volumen de agua gastada0 !espu5s de a3adir cada gota, se agita vigorosamente el matra4 asta ue se enturbie la me4cla0 Se de9a en reposo asta ue desapare4ca la turbide40 Si al agitar nuevamente aparece la turbide4, signi7ica ue la valoración a terminado0 La cantidad del componente a a3adir empleado se anota en la columna A SIS#"MA Con base en los sistemas > a D, el alumno seleccionar8 cu8l par de los tres líuidos propuestos para el sistema 7orma la me4cla binaria y el tercero a partir del cual se generar8 la turbide40 !espu5s, proceder con7orme a lo indicado para los sistemas > a D, empleando los matraces "rlenmeyer0
RESULTADOS H0? P$"S"%#ACI&% !" L&S $"S'L#A!&S #A*LA > Agua #oluen Aceton ileno "tanol ρ (gJcm?=
M
0KKE >E
o 0EGE K20>?
S"CCI(% > MA#$A %M"$&
.&L'M"%
a 0HK>2 60E
0EHK >6G
02?D DG06H
#etracloruro de carbono
cido ac5tico
>0>K? >D
>06> G6
Cloro7 /licerol ormo >0DD? >>K0?
>02G K2
S"CCI(% 2
S"CCI(% ?
S"CCI(% D
N .&L'M"% !" CA!A
M&L"S !" CA!A
N M&L"S !" CA!A
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
A 2
* E
>0
> ?
60G D
60?
60> H
602 E
60> K
8842
60
93
606K
>?0D>K
94
65.7
0.02
28.16
2769
8264
90
95
G0>6?2
41
58.2
0.03
38.83
5242
7685
49
72
20K>2G
88
39.6
0.05
59.40
0396
6528
59
04
60KK66
82
29.2
0.06
68.29
6829
5950
26
27
20D?K6
29
19.7
0.07
78.81
0443
5371
77
35
>
H K0
6406
2
G
A
17.31
?
*
0.01
D
D
C 69.2
G
? G
A
H
2
E Me4cla >
C
>0DHHE
76
9.91
0.08
89.19
0802
4793
72
78
60EK>K
60
23
C
60>D
4.93
83
0
9503
>0?E6G
Sistema >
96
A
C
*
0.08
60>6E KE>
5938
8.814
89
88143
50.98
40.20
2203 29155
0.03
606K ?E
6038 89
17.70
59.72
22.57
27307 51807 20885
0.01
606E> H?G
6633
27.69
33
89613
60.07
12.22
5612 54267
0.00
606D DK
5544 44
48.49
46.74
4.756
62586 71483 59312
0.01
606D6 EGE
3861 11
54.64
33.86
11.48
91696 49347 58957
0.00
6062H 2D
8316
606>? G2?
0.00
0.08 93.68
*
67
499
67.94
24.55
7.496
32341 97743 99166
82.00
13.17
4.825
01174 42546 62801
0.00
6066G E>>
7762 22
85.99
6.544
7.458
76798 18192 13828
Sistema 2
S"CCI(% > MA#$A %M"$&
.&L'M"%
A
*
2
E
?
2
>
D
N M&L"S !" CA!A
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
A
C
*
>G0DEE G0K >H0K
2
E0?? >G0GGG
?G0?G? D0D K06K6K 20K>2G E022 ?E0E? 2>D
? 602G
E
M&L"S !" CA!A
D 60?
H
N .&L'M"% !" CA!A
G
? G
S"CCI(% D
H
2 D
S"CCI(% ?
A
C
*
0.04
0.11
6584 0695
8096
0.01
20>?
>
G
C
S"CCI(% 2
GE022G 2K02? 20?D>
2 60>>
HK0>2K >K0HE >06EE6
* 64.29 8401
67 70437 46392
6
65
0.02
0.03
0.11
4877 5608
0888
9.456
61.71 20.77
8982
89 63336 82392
7
36
7
0.03
0.03
0.05
3169 0521
5444
81
74
0.04
0.02
0.01
9754 0347
6633
14.51
27.84
25.61 40.85
44 19728 92422
181 17.50
23.45
3552
33 34798 95267
3
72
83
0.05
0.01
0.01
8047 5260
4415
17
87
0.06
0.01
0.00
6339 0173
6098
91
C 23.20
91
62
A
57.36
66.17
17.39 15.01
56 05324 65392
3694 6.709
80.30
12.31
0887
89 22342 52336
3
K
>
0.07
606?
H K0
EK0H?
60
0.00
0.00
4632 5086
1663
K0KH6 602KK> D0KK
606KKK
08 0.07
96 0.00
8778 2543
606>
E
KD0K6
3
1.944 91.70
6.250
7687
33 54637
6865
6
0.00
.
0554
48
96.21
3.106
3794
44 63342 49187
1318
Sistema ? S"CCI(% > MA#$A %M"$&
.&L'M"%
A
*
C
S"CCI(% 2
S"CCI(% ?
S"CCI(% D
N .&L'M"% !" CA!A
M&L"S !" CA!A
N M&L"S !" CA!A
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
A
C
*
A
C
*
A
C
*
2
E >0D
> ?
60K? D
60GD
60??
60>H
606K
HK02EG >K0E2 60EK>K D22 >G6G H22
> 606D
H K0
GE0E2K 2K0DK >0GH> EK2 E2 E?>
2
G K
E06E? ?E0H2 ?0>KD 2? 2>GE HEK
?
E
?H0K? G0?K G06>6 KE 6KHH ?HG
D
D H
2H0DDH GD06D E06EG ?K2 ?K>G K>H
G
? G
>H0D? H60>H >202E6 EG D?K H62
H
2
E
0.01
EK0GD> K0KG6 60?KED D?D >KD 6GD
60 6062
KD0E>6 D0KK6 60>KKG ?HK 62 66E
Sistema D
1.40
0.07
5493 1333 7622 51
33
0.02
1.22
1.036
93.76
5.194
22 73701
9227
036
94.25
3.963
0.05
3240 6166 1563 26
67
33 37902 01689 45212
0.03
0.03
0987
1.05 5484
01
1
0.04
0.70 67
91.53
2.390
67 36172
7304
33426
89.19
1.599
4227
0.52 9425
0.06
0.35
1974 0333 03
33
0.06
0.17 67
0.07
0.08
0.00
33
14.85
83.95
1.195
499 12864 29236 78998 0.00 70.88
0.897
78 50163 74803
5034
28.21
0.00
3594 7583 1108 16
9.204
56 27945 58716 84899
9720 5166 2217 78
3.175
6.072
0.00 55
94.05
0.01
0.05 27
2.772
44 95789 16192 42289
6480 0666 8296 52
1.786
89
45.34
53.96
0.683
8326 83825 29141
S"CCI(% > MA#$A %M"$&
.&L'M"%
A 2
C E
?
>0E
>02
60G2
60D
60>E
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
A
C
*
>0GD G202 220>HE 262 GE6K KEE 20D2? K0?2 >02D H2K 26?D 2?H ?0 ?0?? >>0>>>> G ???? >> G0DKH ?H0GG 0E?E6 >H DHE? D>D GG0KE 2E0H6 D0?6G2 GDG E>?D 26> HE0E >K0GD >0HGE> DG2 G?G H2K
> 606E
H K0
C&MP&%"%#"
2
G K
N M&L"S !" CA!A
?
E
M&L"S !" CA!A
D
D H
N .&L'M"% !" CA!A
G
? G
S"CCI(% D
H
2 D
S"CCI(% ?
A 0.01
20E
>
E
*
S"CCI(% 2
EK02E K0K26 60HK?G H>D G?DK 6E
60 606?
KD0H> D0KE 602KK> E2 6DDK 62H
C
*
0.04 65
0.02
0.03
8264 5608
72.63
67 21991 58922
28878
0.09
7
98
0.03
0.03
0.06
7685 0521 9305 74
0.05
0.02 83
0.06
0.01
5950 5260 29
87
0.07
0.01
5371 0173 76
91
0.08
0.00 96
0.08
0.00 48
21.75
60.97
8817 59847
51982
50.39
56 52862
5502
92119
18.28
30.89
1416 98191
87649
0.03 56
0.02 495
0.00
50.81
62.12
14.37
23.50
2804 51914
20046
10.65
10.44
998 20972 04493
74535
78.90
0.00 5.393
4.702
56 35811 53937
8795
89.90
0.00
9503 2543 1663 96
17.26
22.19
4793 5086 4435 23
8.661
27.40
6528 0347 4375 82
*
18.70
41
88
C
0.15
8842 0695 8016 94
A
33
95.51
2.714
1.774
0856 17914
9649
S"CCI(% > MA#$A %M"$&
> 2 ? D
.&L'M"%
S"CCI(% ?
S"CCI(% D
N .&L'M"% !" CA!A
M&L"S !" CA!A
N M&L"S !" CA!A
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
C&MP&%"%#"
A
C
*
A
C
*
-
-
-
-
-
-
B
-
-
-
-
-
-
B
B
-
-
-
-
-
-
B
B
B
-
-
-
-
-
-
B
B
B
-
-
-
-
-
-
0.03
0.01
* 2
C E
A B
A B
C B
* B
?
H
B
B
B
D
G
B
B
G
D
B
H
?
B
E
2 >0?
G K
0.09 5033 6434 23.63 6764 65.27 33 78 40314 46 88088 0.10
606H K0
H60HKG >H0GK D K >>06>
>
H
E
S"CCI(% 2
EK0?H
K0K?6 D 0GK>
60 606
KD02H D0KH 60DKH ? > > Sistema 5
0.01
02
67
7
0.11
0.00
0.00
4907 8758 0684 33
07167
0.00
8860 7516 0958
8
10.25
85.49
13.75
0.718
07863 63235
75315
92.40
7.043
5664.
78 60742 24016
00365
G0?
#$A#AMI"%#& !" L&S $"S'L#A!&S Para tra4ar la curva de solubilidad de cada sistema y con ello identi7icar las 4onas de miscibilidad completa y parcial <4ona eterog5nea=, es necesario calcular los porcenta9es de las cantidades de sustancia ue constituyen a cada uno0 "stos porcenta9es pueden representar unidades de volumen o unidades de moles0 Para e1presar los porcenta9es en unidades de volumen de cada componente con respecto al sistema de tres componentes, se utili4an las siguientes ecuaciones: % en volumen de A
% en volumen de B
% en volumen de C
=
=
=
Vol. A
* 100
Vol.A + Vol.B
Vol. B
Vol.C
<>=
* 100
Vol.A + Vol.B
Vol. C
+
+
Vol.C
<2=
* 100
Vol.A + Vol.B
+
Vol.C
Anotar los resultados en la sección 2 de la tabla 20 Antes de e1presar los porcenta9es en unidades de mol se deben calcular los moles de cada componente presentes en cada me4cla ternaria en el punto de saturación0 Se emplean la siguiente ecuación: ni
=
V i*ρi M i
ni=¿ es el n@mero de moles de la especie
V i =¿
es el volumen de la especie
i
i ,
i=1,2,3
usado para 7ormar la composición del
sistema0 Se obtiene de la sección > de la tabla 20 ρi=¿ es la densidad de la especie
i
0 Se obtiene de la tabla > para cada
sustancia0
M i =¿
es la masa molar de la especie
i 0 Se obtiene de la tabla > para
cada sustancia0 Los resultados se anotan en la sección ? de la tabla 20 Para e1presar los porcenta9es en unidades de mol de cada componente con respecto al sistema de tres componentes, se utili4a la siguiente ecuación: % mol de i
=
ni * 100 n1 + n2 + n3
<= Anotar los valores obtenidos en la sección D de la tabla 20
G0D
C&%S#$'CCI(% !" L&S !IA/$AMAS
!iagrama para el sistema >
!iagrama para el sistema 2
!iagrama para el sistema ?
!iagrama para el sistema D
!iagrama para el sistema
A%LISIS !" L&S $"S'L#A!&S
!e acuerdo a los datos e1perimentales obtenidos para cada sistema y despu5s de aber tra4ado la curva de solubilidad se observa el comportamiento de los componentes no miscibles, en la curva de cada sistema se observa tambi5n una desviación esto debido a ue se tuvieron errores e1perimentales al acer las valoraciones pues en m8s de una ocasión el sistema se saturo y se separaron ambas 7ases, los errores de medición del euipo tambi5n est8n contemplados dentro del e1perimento0
&bservaciones La determinación del tercer componente pudo aber tenido errores debido a ue cuando se cerraba la v8lvula goteaba m8s de una ve4 dentro del sistema, lo cual ocasionalmente generaba turbide4 ue es el estado de saturación del sistema en base al tercer componente0
0
H0 C&%CL'SI&%"S "l ob9etivo de la pr8ctica se cumplió parcialmente debido a ue las valoraciones para el @ltimo sistema no se dieron de la 7orma esperada, sin embargo 7ue posible demostrar y observar mediante un diagrama de tres componentes la curva de solubilidad ue demuestra con la curva binodal la composición en cuatro de los cinco sistemas0
E0 C'"S#I&%A$I& >= !e7inir el concepto de miscibilidad entre dos líuidos0 La miscibilidad entre dos líuidos es la propiedad ue tienen los líuidos de me4clarse en iguales proporciones, como resultado de lo cual se 7orma una solución omog5nea, por e9emplo si se a3aden peue3as cantidades de tolueno a un recipiente ue contiene benceno puro, observamos ue, con independencia de la cantidad de tolueno ue se a a3adido, la me4cla obtenida permanece como una sola 7ase liuida, estos son dos liuido miscibles entre si0
2= !ar una 9usti7icación del 7enómeno de miscibilidad entre dos líuidos0 "mplear argumentos uímicos o 7isicouímicos0 $especto al e9emplo de la pregunta anterior cuando en un sistema de dos componentes est8 presente una sola 7 ase el n@mer o de gr ados de libertad es F O 2 B > 2O ?0 "sto signi7ica ue debemos especi7icar tres var iables a 7in de descr ibir la condición de la 7 ase, la pr esión, la temper atura y la concentr ación de uno de los componentes0 ?= Mediante la $egla de las ases de /ibbs determinar la varian4a para un sistema como cada uno de los empleados en la presente actividad e1perimental0 !escribir la 7orma de acerlo y las consideraciones reali4adas0
-0 Rillard /ibbs en >EHG estableció por ve4 pr imera ue ay una r elación 7i9a entre el n@mero de gr ados de libertad, de componentes y de 7 ases pr esentes0 "sta relación conocida como r eg la d e bas fases, es un principio muy general, y su valide4 no depende de la constitución atómica o molecular en consideración0 Fay ue abonar en 7 avor de &stald, $oo4eboom, .anTt Fo77 y otros por mostr ar cómo esta gener ali4ación es utili4able en el estudio de los problemas de euilibrio eterog5neo0 Par a 7ormular esta r egla, consider emos en general a un sistema de C componentes en el ue e1isten P 7ases pr esentes0 "l problema aor a est8 en deter minar el n@mero total de variables del sistema0 "ste depende de la presión y temperatura0 !e nuevo, a 7in de de7inir la composición de cada 7ase es necesario especi7icar la concentr ación de los = constituyentes puesto ue el otro restante, ueda determinado por di7 er encia0 Corno ay P 7 ases, el n@mero total de variables de concentración ser8 < C B >=, ue 9unto con la temperatura y pr esión constituyen un total de [P (C - >= 2U0 "l estudiante r ecordar8 del 8lgebr a ue cuando e1iste una ecuación conT n variables independientes, es necesario n ecuaciones a 7in de encontrar los valor es de cada variable0 An8logamente, para de7inir las [P( C B >= 2U variables del sistema, debemos disponer de este n@mero de ecuaciones0 La siguiente cuestión ue se plantea es entonces: V Cu8ntasT ecuaciones ue comprenden auellas variables, es posible establecerW Par a contestar esta pregunta debemos recurrir a la termodin8mica0 "sta nos dice ue el euilibr io entre las diversas 7 ases de una sistema es posible sólo si la energía libre molal parcial de cada constituyente de una 7 ase, es igual a la del mismo constituyente en cada una de las r estantes0 Como la energía libre molal parcial de un constituyente de una 7 ase es una 7unción de la presión, temperatura, y ay = variables d e la concentración, se sigue inmediatamente ue la condición de euilibrio permite escribir una ecuación entre las de cada constituyente distribuido entr e dos 7ases cualesuiera0 Cuando e1isten P 7ases dispondremos de = ecuaciones para cada constituyente, y para C constituyentes abr8 C
= ecuaciones0 Si este n@mero es igual al n@mero de va r iables, el sistema ueda completamente de7inido0 Sin embargo, no es el caso general, y el n@mero de variables e1ceder8 al de ecuaciones en , donde O %@mero de var iables B %@mero de ecuaciones O XP=U
OCBP2
YYYYYYYYYYY <>=
La ecuación <>= constituye la celebrada regla d e las f ases de /ibbs0 F es el n@mero de grados de libertad del sistema y da el n@mero de variables cuyo valor
debe especi7icarse arbitrariamente antes de ue el estado del sistema uede caracter i4ado sin ambigZedad0 Seg@n esta regla, el n@mero de grados de libertad de un sistema est8 deter minado por la di7er encia en el n@mero de componentes y el de 7ases presente, esto es, por 7ases uedar8 7inalmente como: LO?B>2OD grados de libertad "stos grados de libertad vendr8n dados por la temperatura, la cual mantendremos constante, la presión de igual 7orma constante, por @ltimo, la composición de la me4cla, la cual iremos determinando por medio de valoraciones0 = VQu5 unidades de concentración se emplean en la construcción de la curva de solubilidad sobre el diagrama triangularW VCu8les son las m8s @tiles para reali4ar un balance de materia del sistema ternario ue representaW Concentración en N mol
Concentración en N vol0
G= VQu5 signi7ica la curva binodal en el diagrama triangular de composiciones del sistema ternarioW VQu5 in7ormación representaW La curva binodal es una representación gr87ica de la solubilidad, ue obtenemos para visuali4ar la solubilidad de cada componente, en este caso en una me4cla de tres componentes, en este caso sería representar la solubilidad para cada uno de los sistemas reali4ados en el e1perimento0
H= Sobre un diagrama triangular publicado en la literatura t5cnica ue muestra la miscibilidad parcial entre un par de los componentes de un sistema ternario, la curva de solubilidad es completamente cerrada0 VPor u5 en los resultados e1perimentales de este protocolo no se e1iben asíW VQu5 se reuiere para completarlaW E= "1plicar, desde el punto de vista 7isicouímico, la turbide4 ue se emplea como punto 7inal en la valoración del sistema0 K= VCu8l o cu8les 7ueron los criterios empleados para dise3ar el sistema cincoW >6= !escribe de manera general las características o el comportamiento de los sistemas ternarios anali4ados en la presente actividad e1perimental0 >>= !e acuerdo con tus conocimientos, Vcu8l es la importancia de reali4ar esta actividad e1perimentalW Comentar0 >2= VLos resultados ue obtuvieron o la e1periencia ue aduirieron se pueden aplicar para solucionar un problema real a nivel industrialW "1plicar0
K0 $""$"%CIAS C&%S'L#A!AS BCastell8n, 7isicouímica BMaron y Prutton undamento de 7isicouímica Bttp:JJbiblioteca0usac0edu0gtJtesisJ6EJ6E[>>K2[Q0pd7
BProtocolo de la "S arago4a I0Q0 s5ptimo semestre
>60 A%"&S Fo9as de seguridad: AC"#&%A &$M'LA: C?FG&, CF?C&CF?0 P"S& M&L"C'LA$: E06E gJ mol0 C&MP&SICI&%: C: G206D N; F: >60D> N y &: 2H0 N0 /"%"$ALI!A!"S: "l acetona es un líuido incoloro, de olor característico agradable, vol8til, altamente in7lamable y sus vapores son mas pesados ue el aire0 Se obtiene como subproducto en la 7ermentación por medio de la cual se obtiene alcool butílico; por o1idación de isopropanol; por ruptura de idroperó1ido de cumeno en la cual se obtiene, adem8s, 7enol; por destilación de acetato de calcio; por destilación destructiva de madera y a partir de o1idación por crac\ing de propano0 "s utili4ada como disolvente de grasas, aceites, ceras, ules, pl8sticos, lacas y barnices0 Se usa en la manu7actura de algunos e1plosivos, rayón, películas 7otogr87icas, elaboración de removedores de pinturas y barnices, puri7icación de para7inas, en la desidratación y endurecimiento de te9idos, en la e1tracción de algunos productos vegetales y animales y como materia prima en una gran variedad de síntesis en uímica org8nica0 Por otra parte, 9unto con ielo y dió1ido de carbono sólido, se puede utili4ar para en7riar a temperaturas muy ba9as0
P$&PI"!A!"S Q'IMICAS: "l acetona es peligroso por su in7lamabilidad, a@n diluido con agua0 Productos de descomposición: Monó1ido y dió1ido de carbono0 Se a in7ormado de reacciones de o1idación vigorosas con: B &1ígeno en presencia de carbón activado, me4clas de 8cido nítricoJsul7@rico, bromo, tri7luoruro de bromo, cloruro de nitrosilo, perclorato de nitrosilo, perclorato de nitrilo, cloruro de cromilo, trió1ido de cromo, di7luoruro de dio1ígeno, terbutó1ido de potasio, peró1ido de idrógeno y 8cido pero1omonosul7@rico0 Con los siguientes compuestos las reacciones son violentas: *romo7ormo o cloro7ormo en presencia de una base, dicloruro de a4u7re y peró1ido de metilBetilcetona0 $eacciona con sustancias clorantes, produciendo cetonas alogenadas ue son muy tó1icas0
BCL&$&&$M&
&$M'LA: CFCl? P"S& M&L"C'LA$: >>K0?K g Jmol0 C&MP&SICI&%: C: >606 N; F: 60ED N y Cl: EK0>6 N0 /"%"$ALI!A!"S: "l cloro7ormo es un líuido incoloro con olor dulce característico, muy vol8til0 /eneralmente contiene peue3os porcenta9es <>B N= de etanol como estabili4ador0 "s ligeramente soluble en agua y con densidad mayor ue 5sta0 "s no in7lamable, pero productos de su o1idación, como el 7osgeno, son muy peligrosos0 "s peligroso por inalación e ingestión0 Se obtiene por medio de una cloración cuidadosamente controlada de metano, por tratamiento de acetona con polvos blanueadores EDH y se utili4ó como anest5sico por inalación, como insecticida y en la industria 7armac5utica, sin embargo su to1icidad a provocado ue sea reempla4ado por otras sustancias0 Actualmente, es utili4ado como intermediario en síntesis
org8nica, especialmente en la obtención de 7luorocarbono 22, el cual es utili4ado como re7rigerante, propelente y en la 7abricación de tetra7luoroetileno y su polímero 02G oC 0DKE gJml < a > oC=; >0DED =: D0>2 Indice de re7racción <26oC=: >0DDHG #emperatura de autoignición: mayor de >666 oC .iscosidad ? oC=, 60H6 < a 6 oC=, 60G? < a 26 oC= y 60> D 0H? ? 0> Calor de combustión 260K 60G2 K0E 6 oC=, G60KE 660 6 oC=, >K0G
oC y contiene KH02 N de cloro7ormo0
"#A%&L &$M'LA: C2FG&, CF?CF2&F0 P"S& M&L"C'LA$: DG06H gJmol0 C&MP&SICI&%: C: 202D N; F: >?0>? N y &: ?D0H? N0 /"%"$ALI!A!"S: "l etanol es un líuido incoloro, vol8til, con un olor característico y sabor picante0 #ambi5n se conoce como alcool etílico0 Sus vapores son mas pesados ue el aire0 Se obtiene, principalmente, al tratar etileno con 8cido sul7@rico concentrado y posterior idrólisis0 Algunas alternativas de síntesis son: idratación directa de etileno en presencia de 8cido 7os7órico a temperaturas y presiones altas y por el m5todo iscerB#ropsc, el cual consiste en la idrogenación catalítica de monó1ido de carbono, tambi5n a temperaturas y presiones altas0 !e manera natural, se obtiene a trav5s de 7ermentación, por medio de levaduras a partir de 7rutas, ca3a de a4@car, mai4, cebada, sorgo, papas y arro4 entre otros, generando las variadas bebidas alcoólicas ue e1isten en el mundo0 !espu5s de la 7ermentación puede llevarse a cabo una destilación para obtener un producto con una mayor cantidad de alcool0 "l etanol se utili4a industrialmente para la obtención de acetaldeido, vinagre, butadieno, cloruro de etilo y nitrocelulosa, entre otros0 "s muy utili4ado como disolvente en síntesis de 78rmacos, pl8sticos, lacas, per7umes, cosm5ticos, etc0 #ambi5n se utili4a en me4clas anticongelantes, como combustible, como antis5ptico en cirugía, como materia prima en síntesis y en la preservación de especímenes 7isiológicos y patológicos0
#&L'"%& &$M'LA: CHFE, CGFBCF?0 C&MP&SICI&%: C: K>02 N , F: E0H N0 P"S& M&L"C'LA$: K20>? gJmol /"%"$ALI!A!"S: "l tolueno es un líuido incoloro con un característico olor arom8tico0 "s menos denso ue el agua, inmiscible en ella y sus vapores son mas densos ue el aire0 "s utili4ado en combustibles para automóviles y aviones; como disolvente de pinturas, barnices, ules, gomas, etil celulosa, poliestireno, polialcool vinílico, ceras, aceites y resinas, reempla4ando al benceno0 #ambi5n se utili4a como materia prima en la elaboración de una gran variedad de productos como benceno, 8cido ben4oico, 7enol, ben4aldeido, e1plosivos <#%#=, colorantes, productos 7armac5uticos
"s muy in7lamable por lo ue sus vapores pueden llegar a un punto de ignición, prenderse y transportar el 7uego acia el material ue los originó0 #ambi5n, pueden e1plotar si se prenden en un 8rea cerrada y generar me4clas e1plosivas e in7lamables rapidamente con el aire a temperatura ambiente0 "vitar las descargas est8ticas0 $iesgos a la salud: La to1icología de este producto es similar a la del benceno, sin embargo el tolueno no genera los trastorno crónicos a la sangre ue se an presentado con el uso del primero0 Su to1icidad es moderada0 Su principal metabolito es el 8cido ben4oico, el cual se con9uga con la glicina en el ígado y se e1creta por medio de la orina como 8cido ip@rico0 "l seguimiento de este @ltimo producto, sirve para determinar niveles de e1posición de traba9adores0 "l abuso de este producto provoca da3o al ígado, pulmones y dis7unción cerebral0 "l consumo de alcool, potenciali4a los e7ectos narcóticos del tolueno0 Inalación: "1posiciones a niveles mayores de >66 ppm provocan p5rdida de coordinación por lo ue aumenta la probabilidad de accidentes0 Los e7ectos tó1icos del tolueno son potenciali4ados por la ingestión de drogas ue inter7ieren con la actividad en4im8tica cromosomal, por e9emplo el dia4epam0 Si las e1posiciones son a niveles mayores de 66 ppm, los e7ectos son narcosis, n8usea, dolor de cabe4a, adormecimiento y con7usión mental0 "stos e7ectos se potenciali4an con la presencia de otros disolventes, especialmente con el benceno, el cual se encuentra en el tolueno como impure4a0 Contacto con o9os: Causa irritación y uemaduras de cuidado si no se atiende a la víctima inmediatamente0 Contacto con la piel: Causa irritación, reseuedad y dermatitis0 "n algunas personas puede generar sensibili4ación de la 4ona a7ectada0 "s absorbido a trav5s de este medio0 Ingestión: Causa n8usea, vómito y p5rdidad de la conciencia0 Carcinogenicidad: %o se an encontrado evidencias0 Mutagenicidad: Se tienen evidencias de ruptura e intercambio de crom8tidas con este producto uímico0
