Materia: Físico - Química Docente: Dra. Sandra Ibañez Nombre: Andrey Fernando Flores Balderrama Carrera: Ing. Petrolera y de Gas Natural
Miscibilidad Parcial – Fenol, Agua Objetivo General - Determinar las condiciones de equilibrio líquido-líquido de un sistema binario.
Objetivos específicos - Determinar las solubilidades en función de las condiciones de equilibrio.
Antecedentes Miscibilidad 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 mejor ejemplo conocido de esto es la mezcla de aceite y agua. Por otra parte, el agua y el alcohol etílico son solubles en cualesquier proporciones, en tanto que algunas otras combinaciones de sustancias son parcialmente solubles; por ejemplo, si colocamos sal de cocina en agua, más allá de una cierta cantidad, parte de la sal se precipita al fondo del recipiente en forma sólida. Más allá que este ejemplo sea de una solución, no deja de ser un tipo de mezcla, en este caso, heterogénea, pues el exceso de sal no reaccionó con el agua. La solubilidad es en parte una función de la entropía y por ello, es vista más usualmente en estados de la materia que son más entrópicos.
Los gases se solubilizan casi inmediatamente, en tanto que los sólidos raramente son solubles por completo. Dos excepciones útiles a esta regla son las soluciones sólidas de cobre con níquel (el cuproníquel, usado en monedas y especialmente en cañerías) y las de silicio con germánio (usadas en electrónica). Sustancias con entropía configuracional extremadamente bajas, especialmente polímeros, difícilmente se disuelven entre sí, aunque estén en estado líquido. Esto quiere decir que no se puede jamás confundir “mezclar” con “disolver”.
El agua y el aceite se mezclan (mezcla heterogénea), pero no se disuelven. La solubilidad no depende apenas de la entropía, pues si fuese verdad entonces, la mayoría de las sustancias serían solubles, pero esto no sucede en realidad y la solubilidad depende de otros factores (temperatura, presión, interacción molecular, etc) La miscibilidad total o parcial de dos líquidos está determinada por las interacciones entre sus moléculas:
Si las moléculas de ambos componentes son tales que las fuerzas de atracción entre unas y otras en la solución es de igual o mayor magnitud que la existente entre las moléculas de igual tipo en cada uno de los líquidos puros, éstos formarán una solución ideal en el primer caso, que cumple con la ley de Raoult y, en el segundo, el sistema resultante presentará desviaciones negativas de esta ley, esto es, la presión de vapor de la solución es menor que la que tendría una solución de igual composición y comportamiento ideal. En este caso los líquidos serían totalmente miscibles. En el caso en que las fuerzas de atracción entre las moléculas de los dos líquidos en la solución sea menor que entre las moléculas del mismo tipo en los líquidos puros, el sistema presentará desviaciones positivas de la ley de Raoult, esto es, la presión de vapor de la solución será mayor que la de una de igual composición y comportamiento ideal. Si la diferencia entre estas fuerzas de atracción es muy grande, puede presentarse miscibilidad parcial entre los líquidos, pues es más estable el sistema en el cual los líquidos están separados que aquel en que éstos están disueltos el uno en el otro.
Materiales y reactivos
Mageneto Varillas de vidrio Pinzas de madera Plato térmico con agitador Vaso de precipotados de 50ml Pinza para bureta Bureta de 25 o 50 ml Soporte universal Termómetro 0-110 ºC 9 tbos de ensayo de 15x2 cm Gradilla para tubos 9 Corchos o tapones de goma para los tubos Vaso de precipitados de 500ml o 1L Matraz aforado de 50 ml Balanza Espátula Pizeta Marcador Permanente Papel milimetrado o cuadriculado para graficar Agua destilada Fenol Cloruro de potasio 0.1 N Naftaleno 0.1 N
Procedimiento Parte 1 Fenol (sólido) Agua (líquida)
Baño María
Desaparece la turbidez
Temperatura 1
Enfriar
Vuelve la turbidez
Temperatura 2
Graficar
Parte 2 Fenol (composición crítica) 0.1 N Naftaleno o KCl
Baño María
Desaparece la
Temperatura 1
turbidez
Enfriar
Vuelve la turbidez
Temperatura 2
Datos Parte 1 Fenol (g) 1 2.5 3.5 4.5 5.5 6
Temp 1 (ºC) 70 75 77 79 80 78
Temp 2 (ºC) 43 65 73 73 70 61
Temp Prom. (ºC) 56.5 70 75 76 75 69.5
Temp 1 (ºC) 70 69
Temp 2 (ºC) 69 69
Temp Prom. (ºC) 69.5 69
Parte 2 Compuesto KCl Naftaleno
Cálculos y Reacciones
Composición vs Temperatura 80 70 60 a r 50 u t a r e 40 p m e 30 T
20 10 0 0
10
20
30
40
50
60
Composición
Observaciones y Resultados La composición crítica como se puede observar en la gráfica es de X c = 0.46 La temperatura crítica T c = 76 ºC.
70
Discusión Se puede observar claramente el cambio en la turbidez, ya sea q esta desaparezca o vuelva, y utilizar las distintas temperaturas para determinar un punto en el cual esta tiene su máxima expresión (punto crítico). Gracias a este punto se puede determinar la composición y la temperatura en las cuales tienen mayor solubilidad un sistema líquido-líquido de agua y fenol.
Cuestionario 1. Representar gráficamente gráficamente las temperaturas promediadas promediadas en función de la composición porcentual de cada tubo.
Comp. vs T 80 a r 60 u t a r e 40 p m e 20 T
0 0
20
40
60
80
Composición Porcentual
La composición crítica es X c = 0.46 La temperatura crítica es T c = 76 ºC.
2. Construir 2 gráficos. Temperatura vs Comp. % y el otro de Temperatura vs X. Calcular los grados de libertad.
Comp. vs T 80 a 60 r u t a r e 40 p m e 20 T
0 0
10
20
30
40
Composición Porcentual
50
60
70
Fracción Molar VS Temperatura 80 a r 60 u t a r e 40 p m e 20 T
0 0
0 .0 5
0 .1
0.15
0 .2
0 .2 5
Fracción Molar
Grados de Libertad F = C – P + 2 F = 2 – 2 + 2 F=2 Entonces tiene 2 grados de libertad.
3. ¿Qué es una línea línea de de unión? Es la línea que une los puntos obtenidos experimentalmente. En este caso forman un domo para el estudio de las fases como vimos en la materia de físico química. 4. ¿Cuál es la causa física de la miscibilidad parcial, observada en este experimento? El cambio en la turbidez de la solución y la vuelta de la turbidez a distintas temperaturas. 5. Indique otro sistema que muestre una conducta semejante Cresol en agua (y otros alcoholes). 6. Explicar el efecto de los los aditivos sobre la temperatura temperatura de disolución La temperatura a la cual la solución pierde la turbidez y esta misma vuelve no varía en casi nada. Es decir, que es casi instantáneo el cambio cuando se aplican naftaleno o KCl.
Conclusiones y Sugerencias Es posible determinar la miscibilidad en un sistema bifásico mediante la medición de las temperaturas en distintas composiciones. Otros compuestos no tienen el mismo efecto y son más difíciles de observar los cambios que suceden al trabajar con aditivos distintos al agua.
Referencias Yapu Waldo. Practica de laboratorio de físicoquímica, Instituto de Investigaciones Químicas, Carrera de Ciencias Químicas, UMSA, La Paz, Bolivia, 1986. Ibañez –Calero, Sandra. Química, fundamentos experimentales. Manual de laboratorio. IIQ. La PazBolivia, 2006. http://es.wikipedia.org http://quimica.laguia2000.com
