INFORME 9 Sistema Ternario

SISTEMA TERNARIO – LÍQUIDO

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

MONTERIA-CORDOBA 2017

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RESUMEN El objetivo del trabajo presentado fue estudiar las relaciones de solubilidad de un sistema de 3 componentes. Durante esta práctica se buscó un equilibrio liquido-líquido para un sistema ternario, para ello previamente se se preparó una mezcla de cloroformo y agua , se tituló con ácido acético hasta que se observó una sola fase , se repitió el proceso hasta alcanzar un volumen de agua en la mezcla ,con esto se determinó la solubilidad mutua, continuamente se prepararon 25 g de mezclas de cloroformo(45%), ácido acético( 10,20,30 y 45%) y agua (45,35,25 y 15%). Luego se dejó en reposo hasta que se observaron claramente dos fases liquidas, seguidamente se tomó una alícuota de 10 mL de cada fase, se pesó y se tituló con NaOH y fenolftaleína como indicador. Durante esta e sta práctica se observó que la mezcla de los tres líquidos forma disoluciones ternarias conjugadas, es decir, dos capas saturadas, una acuosa y otra orgánica. Una miscibilidad parcial entre ácido acético y agua.







OBJETIVOS Objetivo general: Estudiar las relaciones de solubilidad de un sistema de 3 componentes

Objetivos específicos: 1. Trazar un diagrama de equilibrio para un sistema estudiado. 2. construir la curva de solubilidad para una temperatura dada.







INTRODUCCIÓN De acuerdo con la regla de fases de Gibas, cuando observa una sola fase en un sistema de tres componentes como el que se estudiará. Los grados de libertad son 4. Por lo tanto, para poder describirlo de una forma de tallada tendremos que nuestra atención en cuatro de las cinco variables del sistema (Temperatura T, Presión P, y las concentraciones de cada una de las tres componentes). Como la dificultad en la lectura de las gráficas se hace un poco poc o enredosa, debido a la cantidad de variables; se elige mantener algunas de ellas constantes y graficar las restantes una contra otras. En nuestro caso se trabajará en condiciones de presión y temperatura constantes y se graficará el número de fases del sistema respecto de las concentraciones de sus tres componentes en un diagrama triangular, en unidades de porcentaje en masa. Para un sistema dado de tres componentes líquidos, existirán composiciones para los cuales la solubilidad es completa, resultando la mezcla en una sola fase. Entonces, a P y T cte. Serán 2 los grados de libertad, debiendo establecer dos de las tres concentraciones para describir completamente la situación del sistema. Pero pueden darse composiciones en las cuales se supera la solubilidad y aparecen dos fases inmiscibles, cada una con las tres componentes c omponentes en cierta proporción. Nuestro objetivo es construir y aprender a manejar un diagrama de tipo ternario, determinando la curva de solubilidad del sistema ternario integrado por agua, ácido acético y un líquido orgánico: el cloroformo, por titulación hasta la aparición o desaparición de dos fases. Esta curva límite separa la zona de compasiones que dan un sistema monofásico de las que dan un sistema bifásico.







TEORÍA RELACIONADA Al considerar un sistema de una fase y tres componentes la regla de las fases permite f = c – p + 2 = 3 – 1 + 2 = 4 grados de libertad o varianza. Estas cuatro variables independientes en general son presión, temperatura y dos variables de composición, ya que sólo dos fracciones molares bastan para definir la composición del sistema. Así, la composición de un sistema de tres componentes se puede representar en dos dimensiones a T y P constantes. (1) Para representar bidimensionalmente los diagramas de equilibrio de los sistemas ternarios se utiliza el método del triángulo equilátero sugerido por StokesRoozeboom. En este método las concentraciones (fracción ó porcentaje tanto en mol como en peso) de los tres componentes se grafican sobre un triángulo equilátero considerando que la presión y la temperatura son constantes. Cada vértice del triángulo representa al componente puro (xi = 1 ó 100%), donde i puede ser A, B y F. Los puntos que se encuentren en cada lado del triángulo representan las posibles combinaciones de dos componentes, así los puntos sobre la línea AB representan la concentración de las mezclas posibles entre A y B y 0 % de F; las líneas AF y BF, darán los porcientos entre A-F y B-F con 0% de B y 0% de A respectivamente. Cualquier punto graficado dentro del área triangular representará la composición de un sistema que incluye a los tres componentes. Los sistemas que pueden resultar al mezclar tres líquidos con miscibilidad parcial relativa entre ellos se clasifican de la siguiente manera: Tipo 1: Formación de un par de líquidos parcialmente miscibles. Tipo 2: Formación de dos pares de líquidos parcialmente miscibles. Tipo 3: Formación de tres pares de líquidos parcialmente miscibles. La siguiente explicación se dá para un par de líquidos A y B, que son parcialmente miscible entre sí y que se encuentran a una temperatura constante. Supóngase que ahora se agrega a la mezcla binaria anterior un tercer líquido F, el cual es completamente miscible tanto en A como en e n B, entonces los cambios de miscibilidad en el sistema producidos por adiciones progresivas de F a las mezclas de A y B pueden seguirse en la Figura. (2) Los puntos a y b designan las composiciones de las dos capa s líquidas que resultan de la mezcla solo de A y B en alguna proporción global arbitraria tal como c. La línea Fc, muestra la manera 19 en que dicha composición global cambia por adición de F. Cuando se añade suficiente F para cambiar de c a c1, las composiciones de las dos capas se desplazan desde a y b hasta a1 y b1.







La línea a1-b1 que pasa a través de c1 conecta las composiciones de las dos capas a1 y b1 en equilibrio se denomina línea de unión. De manera análoga, se puede modificar la composición global c1 para ir a c2 y a c3 al añadir F y generar a2, y a3 con las composiciones conjugadas b2, y b3 respectivamente. En el punto c4 se ha agregado suficiente cantidad de F provocando que sólo quede una pequeña cantidad de una de las capas conjugadas, conjugadas , a saber, la capa rica en A, a4, es decir la capa rica en A está desapareciendo.(3) La línea de unión a5-c5 enseñaría que la composición de la capa más rica en A, a5, desapareció y la concentración de la disolución resultante será la capa b5, éste hecho indica que la miscibilidad total se logra no por po r coalescencia de las dos capas en una sola, sino por desaparición de la más rica en A, esta miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas tiene lugar únicamente en un punto del diagrama, D, en él las composiciones se hacen idénticas, y las dos disoluciones se unen en una sola fase líquida de composición constante, al punto D se le denomina punto crítico isotérmico del sistema, punto de doblez o pliegue; y puede obtenerse agregando F a una mezcla específica de A y B, que en el diagrama corresponde al punto d . Entre los ejemplos más simples de comportamiento en sistemas de tres componentes está el del acetato de etilo- agua- ácido acético. Los pares acetato de etilo- ácido acético y agua-ácido acético son completamente miscibles, mientras que el par agua- acetato de etilo no lo es. Si se aumenta la temperatura, se altera la extensión y la forma de la región bifásica. Si la temperatura se representará como









METODOLOGÍA SISTEMA TERNARIO – LÍQUIDO Para determinar las solubilidades mutuas se procedió de la siguiente manera:

En un erlenmeyer o cualquier otro recipiente de vidrio claro y con una capacidad aproximada de 250 mL, se preparó una mezcla de 10 mL de cloroformo y 1 mL de agua.

A continuación se tituló la mezcla con ácido acético hasta obtener una sola fase. A esta solución se le agrego 1 mL de agua y se precedió a titular nuevamente. Se repitió todo lo anterior agregando 1, 2, 5,10 y 20 mL de agua.

Se agito fuertemente las mezclas. Se dejaron en reposo hasta que se separaron claramente dos fases liquidas. Se tomó una alícuota de 10 mL de cada fase, se pesó y







RESULTADOS Datos obtenidos en la titulación de la mezcla de 10 mL de cloroformo a diferentes volúmenes de agua con ácido acético.

V (mL) de cloroformo 10 10 10 10

V (mL) de agua 1 2 5

10

V (mL) gastado de ácido acético 5,8 3,8 3,5 2,9

Datos obtenidos en la titulación de una mezcla de 2 mL de cloroformo a diferentes volúmenes de agua con ácido acético. (el volumen de agua se va agregando de 5 en 5 mL).

V (mL) de cloroformo

V (mL) de agua

2

5

2

10 15

2

V gastado de ácido acético 8,5 7,4 5,3

Para la fase orgánica

Volumen tomado(mL) 10 Para la fase acuosa

Wg de la alícuota 13,6697

V (mL) gastado de NaOH 1N 22,1







CÁLCULOS Cloroformo = 1.489 g / ml. ρ Ácido Acético = 1.05 g / ml. ρ H2O = 1 g / ml. Si la ρ= masa / volumen ρ masa = ρ *volumen ρ

Masas Obtenidas:

MASA DEL CLOROFORMO

MASA DEL AGUA

14,89

MASA DEL ACIDO ACETICO 6,09

14,89

3,99

2

14,89

3,675

5

14,89

3,045

10

2,978

8,925

5

2,978

7,77

10

2,978

5,565

15

1

FRACCION DE CLOROFORMO

FRACCION DE ACETICO

0,67743403

0,27707006

0,71312261

0,19109195

0,6318693

0,15595162













ANÁLISIS DE RESULTADO. De los resultados obtenidos podemos observar que el ácido acético es más soluble en el agua que el cloroformo, además la solución tomará un aspecto lechoso cuando ésta se encuentra cerca de la curva binodal, es decir, cuando se encuentra formando una solución homogénea. La formación de las dos capas es producto de que en la experiencia realizada se mezclaron cantidades relativas de los componentes que excedían la solubilidad mutua., observándose una laguna de miscibilidad entre el agua y el cloroformo. Al hallar el foco de las líneas de reparto en la dirección del cloroformo, nos indica que la concentración de ácido acético en cloroformo va a ser siempre menor que en la del agua cuando estas estén en dos fases. Los tres líquidos formado por cloroformo –agua-ácido acético, forma sistemas con un par de ellos parcialmente miscibles, en este caso en el agua y el ácido acético son totalmente miscibles entre sí al igual que el cloroformo y el ácido acético. En cambio el agua y el cloroformo son solo parcialmente miscibles. La mezcla de los tres líquidos forma disoluciones ternarias conjugadas, es decir, dos capas saturadas, una acuosa y la otra orgánica.









CONCLUSIÓN Con los puntos obtenidos podemos deducir que el ácido acético hará que el agua y cloroformo sean miscibles cuando el porcentaje en peso de ácido acético esté por encima de la curva binodal, por lo tanto por debajo se obtendrán dos fases. El diagrama es útil para determinar la composición en peso de los 3 componentes en una mezcla, además se puede saber si la mezcla presenta 1 o 2 fases .Con las líneas de reparto podemos hallar la concentración del ácido en cloroformo y la concentración de ácido acético en agua en soluciones conjugadas.







BIBLIOGRAFÍA

(1) Chang R. Química. Editorial Mc Graw Hill. México.1992. Primera

edición en español. (2) Whitten K. Gailey R. y Davis R. Química General. Editorial Mc Graw

Hill. México. 1992. Segunda edición en español. A ceptado, para (3) BLANCO, L.H.; ROMERO, C.M.; VARGAS, EJ. Chem. Educ. Aceptado, publicación.

INFORME 9 Sistema Ternario

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