SISTEMA TERNARIO OBJETIVO Para un sistema de tres líquidos que comprende de dos solventes inmiscibles entre sí para obtener su curva de equilibrio así como sus líneas de unión.
M ARCO TEÓRI TEÓRICO CO El número de grados de libertad necesarios para definir cada estado de equilibrio de un sistema de tres componentes, (conocidos también como sistemas ternarios), es L = 5 – P y, en consecuencia, para definir cada estado de equilibrio de una de las fases del sistema se requieren cuatro variables intensivas. Puesto que la suma de las fracciones molares de los tres componentes es igual a la unidad, el estado de la fase queda completamente determinado si se dan los valores valores de las variables P, T, X A, X B, lo que conducirá a un diagrama tetra dimensional para la superficie de estado de la fase; como no es posible construir este tipo de diagramas se ha convertido en restringir el estudio de estos sistemas al de las fases condensadas, a una presión constante, que normalmente normalmente se toma como 1 atm, y a una temperatura dada. dada. Fijando de esta forma dos de las cuatro variables intensivas, para especificar cada estado de equilibrio sólo se requieren dar el valor de las fracciones molares de dos de los los tres componentes, XA y XB sobre cada uno de los ejes, ejes, resulta más sencillo adoptar el método de Gibbs, (1876), Stokes, (1891) y Roozeboom, (1896), quienes propusieron una representación en forma de triángulo equilátero, que se ha generalizado para los sistemas ternarios. El tratamiento de Gibbs se basa en el siguiente teorema: si P es un punto situado dentro del triángulo equilátero ABC, la suma de los segmentos segmentos de las perpendiculares trazadas por P a cada uno de los lados, Pa, Pb y Pc, es constante e igual a la longitud de la altura h del triángulo equilátero. Si la altura h se divide en 100 partes iguales y hacemos que cada vértice represente un componente puro, las líneas paralelas al lado BC, trazadas por cada división de la altura A dividen a los lados BA y AC en 100 partes iguales. A lo largo de cada una de estas paralelas el porcentaje molar de A, (o su porcentaje en peso, si la composición se expresa en peso del componente), es constante. En consecuencia, si la altura h del triángulo se divide en 100 partes iguales y por cada una de las tres divisiones se trazan las paralelas a los tres lados, se obtiene una red de coordenadas que permite determinar la composición de cada estado del sistema. La distancia desde el punto X a cada uno de los lados representa el porcentaje molar del componente del vértice opuesto al lado. De modo que:
% molar de A + % molar de B + % molar de C = 100 El método de Stokes y Roozemboom se fundamenta en la siguiente propiedad de los triángulos equiláteros: en un triángulo equilátero, la suma de las longitudes de los segmentos de las paralelas a los lados, trazadas por un punto interior X del mismo, es igual a la longitud del lado del triángulo: Xa +Xb +Xc = AB = AC = BC Si cada uno de los vértices representa el 100% molar de cada uno de los componentes y se divide el lado en 100 partes iguales, los porcentajes molares de cada componente, correspondientes a un punto X del
interior del triángulo, vienen dados por la longitud del segmento de la paralela al lado comprendido entre el punto X y el lado opuesto al vértice correspondiente al componente puro. Así el % molar de A = X A. Este procedimiento permite tener por lectura directa sobre los lados del triángulo la composición correspondiente a cualquier estado del sistema, por lo que ha recibido una difusión más amplia que la del método de Gibbs, aunque, evidentemente, los dos conducen al mismo resultado. En relación con este tipo de representación se ha de tener en cuenta que: 1)
Los vértices del triángulo corresponden a los componentes puros.
2) Los puntos sobre un lado dan la composición del sistema binario de los componentes que figuran en los vértices. 3)
Los puntos dentro del triángulo representan estados en los que la proporción de los tres componentes son las indicadas por la red de composición.
4) Los puntos que se encuentran sobre una recta paralela a un lado representan estados en los que el contenido del componente del vértice opuesto es constante. 5) Los puntos que se encuentran sobre una recta que pasa por uno de los vértices del triángulo e interfecta al lado opuesto, corresponden a estados en los que la relación de los porcentajes molares de los componentes de los otros dos vértices es constante. El diagrama tridimensional temperatura-composición para un sistema ternario, a una presión dada, se obtiene trazando por los vértices del triángulo de composición perpendiculares al plano del triángulo, sobre las que se representaran las temperaturas del sistema. Las secciones isotérmicas del prisma recto que se obtiene dan lugar a los triángulos de concentración a las diferentes temperaturas.
PROCEDIMIENTO 1.
Se coloca en un matraz Erlenmeyer de 250 ml una mezcla de 10 ml de Cloroformo y 1 ml de agua destilada, luego a esta mezcla se le agrega ácido acético hasta obtener una solución clara (una fase completamente transparente), debe agitarse vigorosamente al matraz después de las agregaciones de acético; tanto el agua como el ácido acético se miden directamente de las buretas desde las primeras agregaciones. Observe si no existen gotas de cloroformo depositadas en el fondo del matraz.
2. Repita el procedimiento de agregar agua y ácido acético en forma alternada, siendo las cantidades de agua que tendrán que agregarse (no necesariamente) 1, 1, 2, 5, 10, 20, y 30 ml de agua, e indeterminadas cantidades de acético para formar una sola fase. Puede agregar si quiere, cantidades similares, a condición de que vaya tomando el registro de las buretas. 3.
En otro matraz Erlenmeyer de 250 ml se efectúan titulaciones similares, pero ahora partiendo de una mezcla de 2 ml de cloroformo y 5 ml de agua. Después de obtener una solución clara de ácido acético, se agregan 4 porciones de 5 ml de agua y en cada caso se le agrega ácido acético hasta que desaparece la turbiedad de las mezclas.
4. Líneas de unión: Las líneas de unión se determinan preparando tres mezclas con un volumen total de 50 ml cada una. Expresando porcentaje en volumen se sugieren las composiciones siguientes: Mezcla 1: 35% de cloroformo y 25% de ácido acético. Mezcla 2: 30% de cloroformo y 35% de ácido acético Mezcla 3: 30% de cloroformo y 45% de ácido acético.
El resto es agua destilada. Cada mezcla se puede colocar en un Erlenmeyer de 125 ml, agite vigorosamente y vierta en un embudo de separación pa ra separar las fases formadas 5.
Se procede a titular tanto la fase acuosa como la inorgánica con hidróxido de sodio 1 M.
M ATERIAL Y SUSTANCIAS 1)
8) 3 embudos de separación de 125 ml de probeta de 10 ml.
2 buretas de 50 ml
2) Matraz erlenmeyer de 250 ml. 3)
9) Ácido acético glacial.
Soporte universal
4) 6 matraz erlenmeyer de 125 ml.
11) Cloroformo
5) 3 anillos de fierro.
12) Fenolftaleína
6) Pinza doble para bureta 7)
10) Agua destilada.
13) Hidróxido de sodio 1 M.
Matraz volumétrico de 250 ml
MONTAJE DEL EQUIPO
2. OBTENCION EQUILIBRIO
DE
LAS
CURVAS
DE
1. OBTENCIÓN DE LAS LÍNEAS DE UNIÓN
M ANEJO
DE DATOS
10 ml CHCl3 (Parte 1)
Volumen CHCl3 (ml) 10
Volumen H2O (ml) 1
Volumen CH3COOH (ml) 6.1
Masa CHCl3 (gr) 4.89
Masa H2O (gr) 1
Masa CH3COOH (gr) 6.3989
% CHCl3
% H2O
% CH3COOH
0.6680
0.0450
0.2871
10
2
8
4.89
2
8.3920
0.5980
0.0790
0.3019
10
3
9.8
4.89
3
10.2802
0.5285
0.1065
0.3650
10
5
13.3
4.89
5
13.9517
0.4400
0.1477
0.4123
10
10
20.5
4.89
10
21.8192
0.3188
0.2141
0.4671
10
20
33.1
4.89
20
34.7219
0.2139
0.2873
0.4988
10
40
52.7
4.89
40
55.2823
0.1352
0.3631
0.5018
10
70
75.6
4.89
70
79.3014
0.0907
0.4263
0.4530
2 ml CHCl3 (Parte 2) Volumen CHCl3 (ml)
Volumen H2O (cm3)
Volumen CH3COOH (cm3)
Masa CHCl3 (gr)
Masa H2O (gr)
Masa CH3COOH (gr)
2 2 2 02 2
5 10 15 20 25
8.65 13 15.5 18 20.7
2.987 2.987 2.987 2.987 2.987
5 10 15 20 25
9.0239 13.637 16.26 18.887 21.7143
% CHCl3
0.1745 0.2902 0.112 0.3757 0.087 0.4381 0.0711 0.478 0.06 0.5031
Obtención de las líneas de unión ml de NaOH gastados Mezcla #1
Mezcla #2
Mezcla #3
Fase Orgánica
10.5
16.9
28.1
Fase Acuosa
30.6
41
46.45
Concentraciones (mol/lt) Fase Orgánica
2.0807
3.3330
5.5418
Fase Acuosa
6.0349
8.0860
9.1608
Concentraciones (gr/lt) Fase Orgánica
124.248
199.98
332.508
Fase Acuosa
362.094
485.1612
549.648
Fracción de Ácido Acético Fase Orgánica Fase Acuosa
0.1184 0.345
0.1906 0.4625
0.3170 0.5240
% H2O
% CH3COOH 0.5321 0.5124 0.475 0.4511 0.437
OBSERVACIONES Se observaba claramente la formación de dos fases en los embudos de separación. Al ver que se requería demasiado titulante, optamos por utilizar alícuotas de 5 ml; ya con esto la obtención de los datos se volvió lo suficientemente sencilla para que la práctica se realizara sin contratiempo.
CONCLUSIONES Consideramos que se logró el objetivo de la práctica, el cual era obtener la curva de equilibrio y las líneas de unión, ya que se realizaron sin inconveniente alguno. Además pudimos entender más el proceso de extracción líquido – líquido en el que se usan este tipo de diagramas triangulares.
BIBLIOGRAFÍA
“Fundamentos de Fisicoquímica ”, Maron; Prutton. Editorial Limusa
“Physical Chemistry“, Atkins, de Paula, 8 ed.
