Practica.9LeyDeFick
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PRÁCTICA 9. LEY DE FICK
I. OBJETIVO
Obtener experimentalmente el coeficiente de difusividad del KMnO4 en agua.
Objetivos específicos.
Obtener el coeficiente de difusividad del KMnO4 en agua tomando en cuenta solo
dos dimensiones.
Comparar los datos obtenidos con el coeficiente real del KMnO4.
II. MARCO TEÓRICO
Ley de Fick.
La ley de Fick de la difusión que describe el movimiento de una especie química A por
medio de una mezcla binaria de A y B debido a un gradiente de concentración de A. A
este flujo se le llama difusión. La difusión tiende a devolver al sistema a su estado de
equilibrio, de concentración constante. La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que
atraviesa una superfice (J en mol cm-2 s-1) es directamente proporcional al gradiente de
concentración, generando el movimiento de una especie química desde una región de alta
concentración hacia una región de baja concentración, la difusividad tiene una
dependencia con respecto a la temperatura y la presión.
La ley de la difusión binaria de Fick se representa de la siguiente manera:
J=D Δcδ
Dónde:
J es el flujo que se difunde. (mol
m2 s)
D es el coeficiente de difusión. (m2
s)
Δc es la diferencia de las concentraciones molares. (mol
m3)
δ es la superficie o espesor de la membrana. (m)
A una temperatura de entre 25 y 27 °C se tiene experimentalmente un coeficiente de
difusión para el permanganato de potasio (KMnO4) de 7.4x10-3 cm2/s.
III. MATERIAL
Reactivos: - Agua
- KMnO4
IV. PROCEDIMIENTO1. Pesar 48.54gr de agua y colocarla en una caja de Petri.2. Centrar sobre una hoja milimétrica la caja de Petri.
3. Pesar y medir una partícula KMnO4.
4. Dejar caer la partícula en la caja de Petri y sacar antes que la partícula de KMnO4 empiece a deshacerse dentro del agua, tomar el tiempo que se deja la partícula dentro.
5. Contar las unidades que alcanzaron a difundirse de KMnO4 en el plano en el
tiempo que se dejó.6. Volver a pesar el agua de la caja de Petri.
7. Medir y pesar la partícula de KMnO4 después de hacer hecho los pasos
anteriores.
V. CÁLCULOS Y RESULTADOS
J= MA. t
J= Densidad de corriente de Particulas
A=Area de Particula
t= Tiempo que se difunde
J=−D ∂n∂ x
Cantidad Material Especificaciones1 Regla1 Hoja milimétrica1 Vernier1 Balanza analítica2 Vasos ppt 150ml1 Caja de Petri2 Espátulas1 Pizeta2 Vasos de ppt 50 ml
n= Concentración
x= Longitud
Despejando para el Coeficiente de Difusión:
D=−J ∂ x∂n
KMnO4 Piedra 1
d 0.0035 m
h 0.002 m
Espesor 0.0019 m
Masa Difundida (M) 0.0036 gr
Área (2*pi*r*h) 2.19911E-05 m2
Tiempo (t) 107.52 s
Densidad de corriente de partículas (J) 1.522528155 gr/m2s
Coeficiente de Difusión (D) 2.79372E-08 m2/s 0.000279372 cm2/s
Concentración (n) -1089963.533 gr/m3
Longitud (x) 0.02 m
Peso del agua 1 37.474 gr
Peso del agua 2 45.7493 gr
Peso piedra 1 0.021 gr
Peso piedra 2 0.0174 gr
Concentración 1 de KMnO4 1091348.181 gr/m3
Concentración 2 de KMnO4 1384.648005 gr/m3
Dimensiones caja Petri
d= 0.083
h= 0.01
Diámetro ocupado 0.02
Altura de caja 0.01
Volumen Ocupado Difusión
Inicio 1.92423E-08
Fin 1.25664E-05
VI. ANÁLISIS
El coeficiente obtenido en nuestro experimento resultó de 2.79x10-8 m2/s, y si lo comparamos con el real que encontramos en la literatura, que es de 7.4x10 -7 m2/s, podemos observar que la diferencia es algo notoria, 10 unidades ya es algo bastante grande, aunque sean decimales.
Las causas de esta variación pueden deberse a que al pesar la piedra por segunda vez no esperamos un tiempo muy grande a que secara el agua que absorbió de la caja de Petri, se dejó secar al ambiente, no en un horno ni en un desecador como lo marcaría el procedimiento estricto.
Aun con todos los errores que se presentaron, el resultado que obtuvimos no fue muy alejado del real.
VII. OBSERVACIONES
- Realizamos varias repeticiones, pero al pesar la piedra por segunda vez no esperábamos a que secara el agua que había absorbido, esto daba un peso mayor al inicial.
- Cuando se nos ocurrió dejar secar la piedra lo hicimos y dieron resultados satisfactorios, hicimos este procedimiento en 2 réplicas.
VIII. FUENTES DE INFORMACIÓN
- Byron R. Bird. Fenómenos de Transporte. “Páginas 599, 600”. Segunda Edición.
- “Difusión - Ley de Fick”. Recuperado el 26 de Marzo de 2015 de:
http://pendientedemigracion.ucm.es/info/termo/PDFS/practica7.pdf
- Bianchi Micaela, González de Urreta Emiliano, Romina Ruscica. Laboratorio 5-
UBA. “Difusión de KMnO4 en agua”. (Diciembre 2006). Recuperado el 26 de Marzo
de 2015 de:
http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_especial/difucion_KOMn_agua.pdf