LABORATORIO

INTEGRAL I

Practica 6: Difusión Ley de Fick

Alumna: Baltazar Armenta Delly No. Control: 11490182 Profesor: Norman Edilberto Rivera P.

INTRODUCCION

Esta práctica tendrá como finalidad calcular el coeficiente de difusividad, para ello

tendremos que utilizar la ley de Fick y plantearnos la manera de lograr este

experimento en el laboratorio de manera que podamos llegar a observar que se

cumple, físicamente y al momento de obtener los cálculos.

En materias anteriores habíamos mencionado y tratado con la teoría que ahora

mencionaremos, por lo tanto ya tenemos conocimiento previo a lo que tratamos en

el laboratorio, solo habrá que reforzarlo.

OBJETIVO

Determinar el coeficiente de difusividad de alcohol y acetona en aire, realizando

los cálculos pertinentes y el análisis de las fórmulas que intervienen para el

cálculo de la misma.

MARCO TEORICO

Ley de Fick

La ley de Fick afirma que la densidad de corriente de partículas es proporcional al

gradiente de concentración.

La constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de difusión D y es

característico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve.

El signo negativo es para indicar el movimiento de los átomos de la concentración alta a la más baja.

La difusión es un movimiento macroscópico de los componentes del sistema

debido a diferencias (o gradiente) de concentración. En otras palabras, cuando en un sistema termodinámico multicomponente hay un gradiente de concentraciones se origina un flujo irreversible de materia, desde las altas concentraciones, hasta

las bajas.

Ejemplo de difusión

El coeficiente de difusión (D) se mide en m2/s en el sistema internacional, y en

cm2/s en el cegesimal. El coeficiente de difusión de los gases depende solo

ligeramente de la composición, aumenta al aumentar la temperatura y desciende

cuando aumenta la presión. En los líquidos, D depende de la composición (debido

a las interacciones intermoleculares) y aumenta al aumentar la temperatura,

mientras que es prácticamente independiente de la presión.

En los sólidos el coeficiente de difusión depende de la concentración y aumenta

rápidamente con la temperatura.

Velocidad de Difusión

La cantidad de un elemento transportado dentro de otro es una función del tiempo,

muchas veces es necesario conocer a qué velocidad ocurre la difusión, o la

velocidad de la transferencia de masas.

La mayoría de las situaciones prácticas de difusión son en estado no estacionario.

En una zona determinada del sólido, el flujo de difusión y el gradiente de difusión

varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento de las sustancias que

se difunden.

En ocasiones es necesario conocer a qué velocidad ocurre la difusión, o la

velocidad de la transferencia de masas. Normalmente esta velocidad se expresa

como un flujo de difusión (J), definido como la masa (número de átomos) a (N) que

difunden perpendicularmente a través de la unidad de área de un sólido por

unidad de tiempo. Su expresión matemática:

J=N/At

Donde:

A= área a través de la cual ocurre la difusión

t= tiempo que dura la difusión

Para obtener la fórmula del coeficiente de difusión:

𝐽 =𝑛

𝐴 ∗ 𝑡

𝐽 = −𝐷𝑛

𝑣∆𝑥

−𝐷𝑛

𝑣∆𝑥=

𝑛

𝐴∗𝑡 , así obtenemos 𝐷 = −

𝑛

𝐴∗𝑡𝑛

𝑣∆𝑥

, eliminando términos semejantes

𝐷 = −𝑣∆𝑥

𝐴 ∗ 𝑡

Como 𝑣 = 𝐴∆𝑥

𝐷 = −(𝐴∆𝑥)(∆𝑥)

𝐴 ∗ 𝑡

𝐷 = −∆𝑥 2

𝑡

De esta manera llegamos a la ecuación que utilizaremos para calcular el

coeficiente de difusión.

MATERIAL Y EQUIPO

o Secadora o Tubo capilar o Soporte universal o Pinzas para soporte o Sección de manguera o Vaso de precipitado de 50 ml o Regla o Cronometro

Reactivos

o Acetona o Alcohol

PROCEDIMIENTO

o Montar el equipo: Colocar los soportes universales y las pinzas para

soporte, sosteniendo la secadora y así también la sección de manguera. o Hacer un orificio pequeño a la manguera cerca de la boca de esta, de tal

manera que pueda introducirse el tubo capilar por el orificio. o Vertir el reactivo en el vaso de precipitado o Tomar con el tubo capilar un poco de reactivo y ya que se haya tomado el

necesario colocarlo por el orificio de la manguera. o Medir con una regla la cantidad de reactivo contenido en el tubo capilar. o Encender la secadora y el cronometro o Esperar el tiempo en que se difunda el reactivo del tubo capilar.

También se hizo de manera que el reactivo quedara al final de la sección de

manguera sin tener que utilizar el tubo capilar, de esta manera podríamos

observarlo más de cerca y notaríamos si la diferencia es grande o pequeña

comparado con el primer procedimiento.

De esta manera queda montado el equipo con lo necesario para realizar la

práctica de difusión.

CALCULOS Y RESULTADOS

o Alcohol

∆𝑥 = 1.2 𝑐𝑚 = 0.012 𝑚

𝑡 = 7.89 𝑠

𝐷 =∆𝑥 2

𝑡=

0.0122𝑚

7.89𝑠

𝐷 = 1.82𝑥10−5𝑚2

𝑠

o Alcohol

∆𝑥 = 0.8 𝑐𝑚 = 8𝑥10−3𝑚

𝑡 = 4 𝑠

𝐷 =∆𝑥 2

𝑡=

0.0082𝑚

4𝑠

𝐷 = 1.6𝑥10−5𝑚

𝑠

2

o Acetona

∆𝑥 = 3.5 𝑐𝑚 = 0.035𝑚

𝑡 = 20.72 𝑠

𝐷 =∆𝑥 2

𝑡=

0.0352𝑚

20.72𝑠

𝐷 = 5.91𝑥10−5𝑚

𝑠

2

o Acetona

∆𝑥 = 2.9 𝑐𝑚 = 0.029𝑚

𝑡 = 68 𝑠

𝐷 =∆𝑥 2

𝑡=

0.0292𝑚

68 𝑠

𝐷 = 1.23𝑥10−5𝑚

𝑠

2

La temperatura del aire de la secadora era de 49 °C.

CONCLUSION

La práctica se realizó con dos reactivos para observar y comparar el coeficiente de

difusión de estos dos. Así mismo comparamos los valores obtenidos con los

valores investigados, por mi parte, el valor que investigue lo obtuve del libro

Transferencia de calor y masa, (Cengel)

Para Aire-Acetona 𝐷 = 1.1𝑥10−5 𝑚2

𝑠 𝑎 273 °𝐾

Para Aire-Alcohol 𝐷 = 1.2𝑥10−5 𝑚2

𝑠 𝑎 298 °𝐾

Comparando estos resultados con los que calculamos en laboratorio no hay

mucha diferencia, ya que debemos tomar en cuenta que la temperatura del aire de

la secadora fue de 49 °C, y es diferente a la temperatura a la que están los

coeficientes de difusión del libro consultado, de esta manera podemos suponer

que la diferencia es mínima debido a la temperatura que tuvimos al realizar los

experimentos.

REFERENCIAS

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/difusion/difusion.htm

http://www.uam.es/docencia/reyero00/docs/presentacion_difusion.pdf

http://ocw.uv.es/ciencias/3-2/tema_4_fen_trans.pdf

Libro: Transferencia de calor y masa, 3 Edición.

Autor: Yunus Cengel