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Informe de laboratorio de termodinámica sobre equilibrio líquido-líquido

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LABORATORIO DE PROPIEDADES TERMODINMICAS Y DE TRANSPORTE

EQUILIBRIO LQUIDO - LQUIDO

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Establecer la distribucin de un soluto entre solventes parcialmente miscibles como efecto de la composicin.

1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Construir el diagrama de equilibrio junto con la curva binodal para el sistema agua etanol acetato de etilo.

Determinar el efecto de la composicin sobre la solubilidad del sistema agua etanol acetato de etilo.

Reconocer la variacin de la distribucin del sistema binario inicial trabajado al agregarle una tercera sustancia en una concentracin definida para cada ensayo.

Utilizar correctamente el diagrama de equilibrio del sistema agua etanol acetato de etilo y compararlo con el diagrama construido.

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El procedimiento experimental a seguir en el laboratorio fue el siguiente:

no

Figura 1. Diagrama del proceso realizado en el laboratorio (titulacin de las soluciones para la elaboracin de la curva binodal)

3. MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO

Esta prctica consta de dos partes: primero la titulacin de las mezclas para la elaboracin de la curva binodal, y segundo, permitir la separacin de las fases que son parcialmente inmiscibles, para las curvas de reparto. Nosotros realizamos la primera parte, utilizando el montaje de la titulacin de mezclas.

Figura 2. Montaje experimental para la titulacin de las mezclas

Los materiales que se utilizaron fueron: 6 Tubos de ensayo Buretas graduadas de 10 ml Dos vasos de precipitados de 25 ml Pipetas graduadas de 1 y 5 ml Balanza analtica Dos soportes universal Picnmetro

Las sustancias empleadas fueron:

Etanol Acetato de etilo Agua destilada

4. TABLAS DE DATOS

A continuacin se muestran los datos experimentales por grupo de laboratorio, con tablas y grficas individuales. Adems, una tabla con todos los datos compilados obtenidos por cada grupo con sus respectivas grficas.

Tabla 1. Condiciones ambiente

Temperatura (C)17,1

Presin (mm Hg)592

Tabla 2. Densidades[footnoteRef:1] (g/mL) [1: Las densidades reportadas en la tabla son las mismas que aparecan en los recipientes contenedores de cada reactivo.]

Acet. de Etilo (A)0,900

Etanol (C)0,790

Agua (B)0,998

1. CURVA BINODAL.

a) Primer sistema: iniciando con acetato agua.

Tabla 3. Datos Experimentales Acetato - agua

Punto% p/p de Agua% p/p de AcetatoVolumen de agua (mL)Volumen Acetato (mL)Volumen etanol (mL)

10,950,054,7240,2760,05

20,930,074,6150,3850,1

30,860,144,2350,7651,1

40,840,164,1280,8721,15

50,660,343,1821,8181,45

60,640,363,0791,9241,5

70,460,542,1722,8281,75

80,440,562,0742,9261,6

90,260,741,2033,7971,45

100,060,940,2724,7280,45

110,050,950,2274,2960,4

b) Segundo sistema: iniciando con etanol agua.Tabla 4. Datos Experimentales Etanol - agua

Punto% p/p Agua% p/p EtanolVolumen de Agua (mL)Volumen de Etanol (mL)Volumen de Acetato (mL)

11000501,05

295540,270,4

3901040,560,75

4851530,670,85

5802030,950,6

6752531,261

7703021,11

c) Tercer sistema: iniciando con acetato - etanol.Tabla 5. Datos Experimentales Acetato - Etanol

Punto% p/p de Etanol% p/p de AcetatoVolumen Agua (mL)Volumen Etanol (mL)Volumen de Acetato (mL)

10,050,950,500,284,72

20,100,900,600,564,44

30,150,850,700,694,31

40,200,801,251,103,90

50,250,751,501,383,62

60,300,701,901,643,36

70,400,604,652,162,84

80,450,556,252,412,59

d) Datos compilados de todos los gruposTabla 6. Volumen de cada componente (mL)

AguaAcetato Etanol

4,720,280,05

4,620,390,10

4,240,771,10

4,130,871,15

3,181,821,45

3,081,921,50

2,172,831,75

2,072,931,60

1,203,801,45

0,274,730,45

0,234,300,40

5,001,050,00

4,000,400,27

4,000,750,56

3,000,850,67

3,000,600,95

3,001,001,26

2,001,001,10

0,504,720,28

0,604,440,56

0,704,310,69

1,253,901,10

1,503,621,38

1,903,361,64

4,652,842,16

6,252,592,41

Tabla 7. Masas de cada componente (g)

AguaAcetatoEtanol

4,7150,2480,040

4,6060,3470,079

4,2270,6890,869

4,1200,7850,909

3,1761,6361,146

3,0731,7321,185

2,1682,5451,383

2,0702,6331,264

1,2013,4171,146

0,2714,2550,356

0,2273,8660,316

4,9900,9450,000

3,9920,3600,213

3,9920,6750,442

2,9940,7650,529

2,9940,5400,751

2,9940,9000,995

1,9960,9000,869

0,4994,2480,221

0,5993,9960,442

0,6993,8790,545

1,2483,5100,869

1,4973,2581,090

1,8963,0241,296

4,6412,5561,706

6,2382,3311,904

2. LINEAS DE REPARTO

Los datos proporcionados en el laboratorio referente a los puntos de mezcla tomados dentro de la curva binodal, los pesos de las respectivas fases y los volmenes, se presentan en la tabla 8.

Tabla 8. Lineas de reparto

MuestraComponente(p/p)/100Masa (g)Volumen (mL)Masa fase ligera (g)Masa fase pesada (g)

1Acet. de Etilo0,8521,3923,7722,25415,576

ETOH0,051,311,66

Agua0,104,694,70

2Acet. de Etilo0,5811,612,8913,06174,4065

ETOH0,132,63,29

Agua0,295,85,81

3Acet. de Etilo0,45910,0011,97476,4861

ETOH0,183,64,56

Agua0,377,47,41

4Acet. de Etilo0,428,49,33N.A.N.A.

ETOH0,265,26,58

Agua0,326,46,41

5Acet. de Etilo0,346,87,567,39912,6524

ETOH0,142,83,54

Agua0,5210,410,42

6Acet. de Etilo0,3066,67N.A.N.A.

ETOH0,234,65,82

Agua0,479,49,42

7Acet. de Etilo0,244,85,333,666114,3022

ETOH0,142,83,54

Agua0,6212,412,42

8Acet. de Etilo0,214,24,672,270416,4645

ETOH0,040,81,01

Agua0,751515,03

5. MUESTRA DE CLCULOS

La muestra de clculos se divide en dos partes, la primera es referida a la construccin de la curva binodal, y la segunda al trazado de las lneas de reparto.

El diagrama de mezclas de composicin ternaria que se toma es el que se muestra en la siguiente figura, donde: A(acetato de etilo), B(agua) y C(etanol).

Figura 3. Tringulo equiltero de equilibrio L-L de composiciones ternarias.

Donde la suma de las distancias perpendiculares a cada lado del tringulo desde un punto K es igual a la altura del tringulo.

a) Curva binodal

En primer lugar, se deben determinar los volmenes que se deben mezclar para obtener una mezcla con las respectivas composiciones en peso que se desean. Por ejemplo, para el primer sistema: agua - acetato, tomando el primer punto como 95% p/p de agua sobre la lnea de mezclas binarias de acetato - agua:

Tomando como base de clculo 1 g, los pesos respectivamente son:

Ahora se parte de una nueva base de clculo, pero esta vez de volumen (5ml de agua). Con ayuda de la densidad del agua destilada pura y el volumen se determina su masa:

Se procede a hacer una relacin que ayude a determinar la masa del acetato, sabiendo que esta presente en un 0.05% p/p:

Por lo tanto,

Ahora se puede calcular el volumen del acetato,

El volumen total hasta el momento es[footnoteRef:2]: [2: Es conveniente aclarar que los volmenes totales no son aditivos, al contrario de los volmenes parciales molares, pero en el caso de este sistema se puede hacer esta aproximacin dado que las sustancias son prcticamente inmiscibles, y por ende el error va a ser despreciable. Aun as, el error sigue siendo pequeo al realizar esta consideracin con los dems sistemas.]

Para evitar que resulten volmenes muy grandes, se realiz un escalamiento,

Se halla la masa de agua con referencia a este volumen,

Se calcula la masa de acetato,

Finalmente, se calcula el volumen del acetato y el volumen total debe ser muy aproximado a 5 mL, el cual es un volumen manejable y se gasta poco reactivo.

Entonces,

Ya teniendo los volmenes necesarios para realizar la mezcla binaria deseada (95% p/p), se procede a titular con etanol y se registra este volumen. Los datos de los tres volmenes (punto de mezcla de composicin ternaria) se registran en la tabla No 3.

Ahora se requiere calcular las fracciones msicas de cada componente en la mezcla, ya que estas son las composiciones que van a permitir construir la curva binodal o de solubilidad. Para determinar estas fracciones se utiliza la siguiente expresin:

Por consiguiente, las fracciones son:

El procedimiento para calcular los dems volmenes es el mismo que se realiz anteriormente, todos estos datos se reportan en las tablas de resultados.

Se realiza el grfico fraccin de agua contra fraccin de etanol, y se genera un diagrama que representa el equilibrio ternario en un triangulo rectngulo. Ver figura 3.

La curva binodal que se obtiene representa explcitamente las fracciones msicas del agua y del etanol, pero no la de acetato, aunque esta fraccin se puede determinar partiendo de que la suma de las fracciones de los tres componentes es igual a 1. Por otro lado, para trasladar las coordenadas de la curva de solubilidad a un tringulo equiltero, simplemente hay que recurrir a algunas relaciones trigonomtricas. El traslado de coordenadas a un triangulo equiltero se argumenta con el siguiente grfico:

Figura 4. Traslado de coordenadas de tringulo rectngulo a equiltero. Donde A(acetato),