Indique la diferencia entre un gas y un vapor.

Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el que las

sustancias no tienen forma ni volumen propio, adoptando el de los

recipientes que las contienen. Las moléculas que constituyen un gas casi no

son atraídas unas por otras ni reaccionan entre sí formando enlaces, por lo

que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras.

Mientras que el vapor es un estado de la materia en el que se encuentra un

gas cuando se halla por debajo de su temperatura crítica. En éste las

moléculas apenas interaccionan entre sí, adoptando la forma del recipiente

que lo contiene y tendiendo a expandirse todo lo posible; siendo aquel gas

que se puede condensar por presurización a temperatura constante o por

enfriamiento a presión constante [PROPIO].

La diferencia entre gas y vapor es tan sólo una diferencia de estado

termodinámico, en absoluto es una diferencia de estado de agregación. La

principal característica que pone de manifiesto la discrepancia entre una gas

y un vapor es que un vapor puede licuarse por compresión isoterma y, en

cambio, en un gas no puede hacerse (para licuar un gas es necesario

enfriarlo por debajo de la temperatura crítica) [1].

Explique detalladamente, ¿qué es la presión de vapor?, ¿en qué

unidades de expresa?, y ¿cuáles son los factores que la afectan?

Presión de vapor:

La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa o vapor

de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura

determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentra en

equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de

líquido y vapor presentes mientras existan ambas. Si el vapor y el

líquido de un componente puro están en equilibrio, la presión de

equilibrio se denomina presión de vapor. A una temperatura dada,

sólo hay una presión en la que las fases líquida y de vapor de una

sustancia pura pueden existir en equilibrio [2].

La presión de vapor es medida en unidades estándar de

presión, siendo estas una gran variedad, incluyendo los pascales

(Pa), milímetros de mercurio (mmHg equivalente a Torr), libras por

pulgada cuadrada (lb/pulg2) y atmósferas (atm). El Sistema

Internacional de Unidades (SI), reconoce a la presión como una

unidad derivada de la fuerza ejercida a través de un área

determinada, a esta unidad se le conoce por el nombre de Pascal

(Pa). Un pascal es equivalente a un newton por metro cuadrado

(N/m2 ó kg/m·s2).

Factores que afectan la presión de vapor:

Experimentalmente se ha comprobado que:

a) Para un líquido la presión de vapor aumenta a medida que

aumenta la temperatura. A medida que la temperatura

aumenta, las moléculas en el líquido se mueven con mayor

energía y por consiguiente pueden escapar más fácilmente de

sus vecinas, ya que vencen las fuerzas de interacción que las

mantienen unidas.

b) Líquidos diferentes a la misma temperatura presentan

presiones de vapor diferentes. A una temperatura dada, las

sustancias con presión de vapor elevadas se evaporan más

rápidamente que las sustancias con Presión de vapor baja. Se

dice entonces, que los líquidos que se evaporan rápidamente

son volátiles.

c) Fuerzas Intermoleculares. Mientras más volátil es un

líquido menores son las fuerzas de interacción intermolecular,

mayor es la evaporación del líquido y mayor es su presión de

vapor.

d) Efecto de solutos no electrolitos: un líquido puro posee una

presión de vapor determinada, que depende sólo del líquido

en estudio y de la temperatura. El valor de la presión de vapor

del líquido puro se altera si agregamos al líquido (solvente) un

soluto cualquiera. El soluto puede ser volátil, es decir, posee

una presión de vapor mayor que el 1% de la presión de vapor

del solvente a la misma temperatura; o no volátil, es decir,

posee una presión de vapor menor que el 1% de la presión de

vapor del solvente a la misma temperatura. En ambos casos la

presión de vapor del solvente se modifica en relación al

solvente puro, ocasionando la disminución de la presión de

vapor.

Por lo tanto podemos concluir que la presión de vapor depende de la

temperatura, de la naturaleza del líquido, de sus fuerzas intermoleculares y

de la existencia de solutos no electrolitos en la solución [2].

¿Cómo verificaría usted el buen funcionamiento del refractómetro?

El buen funcionamiento del refractómetro se verifica al medir el

índice de refracción de una sustancia patrón, a la cual ya se le conoce el

valor a medir; en este caso en particular se utiliza agua destilada la cual debe

tener un índice de 1,333. Si dicho valor es igual al medido el refractómetro

funciona adecuadamente. También se puede utilizar cualquier otra sustancia

a la que se le conozca dicha propiedad. (2)

¿Cómo se corrige el índice de refracción por temperatura?

El índice de refracción depende fuertemente de la temperatura,

principalmente por el efecto que esta produce en la densidad del medio.

Algunos de los equipos de medición actualmente en uso, realizan una

corrección por temperatura del resultado de la medición en forma

automática. Esta corrección es limitada y se ha observado que los usuarios

no interpretan correctamente sus alcances.

En el caso de los refractómetros que están calibrados en escala de Grados

Brix y que se utilizan para medir cantidad de azúcar, se puede hacer uso de

la corrección automática solo si se están midiendo soluciones de azúcar, ya

que estos equipos tienen incorporados los valores del coeficiente de

variación del índice de refracción con la temperatura para sacarosa y por

consiguiente no se puede aplicar la misma corrección si se están midiendo

en ese equipo otro tipo de líquidos, ya que es necesario conocer como varía

la propiedad que se está midiendo con la temperatura.

Los refractómetros, dependiendo del intervalo de medición, pueden

calibrarse con agua (de pureza adecuada), con distintos líquidos de índice de

refracción certificados, o con vidrios con índice de refracción certificado.

El material de referencia debe estar certificado a la temperatura a la que

efectuará la medición, o en su defecto, la certificación debe incluir el valor

del coeficiente de variación del índice de refracción con la temperatura para

el intervalo en cuestión. (1)

Enuncie las leyes de Raoult y Henry

Ley de Raoult

Cuando se combinan los modelos de comportamiento de fases con

los de gas ideal y de solución ideal, el criterio de equilibrio vapor/líquido

conduce a una ecuación simple y útil, conocida como la ley de Raoult.

Considérese una fase líquida y una fase de vapor, ambas compuestas por N

componentes químicos, coexistiendo en el equilibrio a la temperatura T y a

la presión P, se obtiene la siguiente ecuación:

PA=X A PA0

(I)

Donde:

PA : Presión de vapor de la disolución

X A : Fracción molar del solvente

PA0

: Presión de vapor del solvente puro.

Ley de Henry

Establece que la presión parcial de la especie en la fase vapor es

directamente proporcional a su fracción mol en la fase líquida. Se utiliza par

presiones lo suficientemente bajas como o para que la fase vapor se suponga

un gas ideal. (3)

y i P=xiΗ i ( II )Donde:

H i : es la constante de Henry

x i : Fracción mol de fase líquida

y i : Fracción mol de fase vapor

: Presión total del sistema.

¿Qué es un azeotrópo?

En el punto, donde , las curvas de los puntos de rocío y de los puntos

de burbuja son tangentes a la misma línea horizontal. Un líquido con esta

composición en ebullición produce vapor con la misma composición

exactamente y, por consiguiente, el líquido no cambia su composición al

evaporarse. No es posible efectuar la separación de los componentes de una

solución semejante, en ebullición constante, por destilación. (3)

¿Qué desviaciones se presentan en el sistema con respecto a la ley de

Raoult? Explique con fuerzas intermoleculares.

Se dice que se producen desviaciones de la ley de Raoult (soluciones no

ideales). Estas desviaciones se presentan por las fuerzas intermoleculares

presentes entre las soluciones involucradas, Cuando hay desviaciones

positivas de la idealidad la interacción soluto- solvente es menor aumenta la

capacidad de las moléculas de pasar al estado de vapor y el proceso de

disolución e endotérmico porque hay separación de las partículas soluto-

solvente. Cuando hay desviaciones negativas de idealidad la interacción

soluto-solvente es mayor y disminuye la capacidad de las moléculas a pasar

al estado de vapor. El proceso de disolución es endotérmico porque las

partículas soluto-solvente se acercan [2].

A nivel molecular las desviaciones negativas apreciables de la idealidad de

la solución en la fase líquida refleja atracciones intermoleculares más

enérgicas entre los pares de moléculas diferentes que entre las moléculas

iguales. Inversamente las desviaciones positivas apreciables son el resultado

de las soluciones entre las cuales las fuerzas intermoleculares entre las

moléculas iguales son más fuertes que la diferentes [5].

¿Qué es el índice de refracción, por qué se utiliza en la

práctica?

Es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al

propagarse por un medio homogéneo, es decir, es el cambio de la fase por

unidad de longitud, esto es, el numero de ondas en el medio será n veces

más grande que el número de onda en el vacío. También es usado en la

química para determinar la pureza de los químicos [1].

El índice de refracción es proporcional a la concentración de los

componentes del sistema en estudio y es por ello que en la práctica se usa

como parámetro para conocer la composición de la mezcla binaria de n-

hexano - etanol, conociendo los índices de refracción y construyendo una

curva de calibración según las concentraciones conocidas de los compuestos

se pueden encontrar las concentraciones de las soluciones preparadas en el

equipo de destilación.

¿Por qué se forma el azeótropo en el sistema binario n-hexano/etanol?

Debido a la no idealidad de las soluciones y la cercanía de los puntos de

ebullición de ambas soluciones, si la disolución presenta una desviación

considerable del comportamiento ideal como es este caso, existirá un

máximo o un mínimo en la curva de temperatura frente a la

composición, se produce la aparición del azeótropo.

Las mezclas ideales o que se diferencian muy poco del comportamiento

ideal se pueden separar en sus constituyentes por destilación

fraccionada, además si las desviaciones respecto a la ley de Raoult son

tan notorias que producen un máximo o un mínimo correspondiente en

la curva de presión de vapor, entonces aparece un máximo o un mínimo

(1).

¿Por qué son miscibles el etanol y el n-hexano, si el primero es polar, y

el segundo es apolar?

El n-Hexano es un compuesto carbonado de cadena alifática, totalmente

apolar, sus fuerzas intermoleculares son del tipo de Van Der Waals, El

etanol, por otro lado, es un compuesto carbonado que posee un grupo

oxidrilo (OH-); esto le confiere a la molécula una carga negativa, lo cual

origina que sus fuerzas de interacción sean del tipo Ion-carga, este dipolo

que forma el etanol es pequeño y le da afinidad para unirse a moléculas

no polares aparte que su estructura le da la capacidad de formar puentes

de hidrogeno con el n-hexano esto hace que sean miscibles, el puente de

hidrogeno es una fuerza intermolecular alta.

Explique el tipo de destilación más conveniente para explicar el sistema

en estudio(N-Hexano-Etano)

El principio de la destilación simple, puede ilustrarse fácilmente haciendo

referencia a un diagrama de equilibrio líquido - vapor. En este sistema, si

una mezcla que contiene etanol en hexano se carga en el recipiente hervidor

de un sistema de destilación simple y se calienta, la mezcla empezará a

ebullir. A esta temperatura, la composición del vapor en equilibrio con el

líquido es de 66 % mol de etanol en hexano. Así conforme la vaporización

transcurre, se separan y condensan los vapores, y la cantidad del líquido en

el recipiente va disminuyendo progresivamente, al igual que el contenido del

componente mas volátil en el líquido y el vapor, y la temperatura de

ebullición del líquido en el recipiente va aumentando, hasta que llega al

punto azeotrópico donde los componentes de la mezcla no se separan más

debido a que las concentraciones de líquido y vapor de dicha mezcla son

iguales.

Defina

Índice de refracción: Es una medida que determina la reducción de

la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo, es decir, es el

cambio de la fase por unidad de longitud, esto es, el número de onda en el

medio será n veces más grande que el número de onda en el vacío. El índice

de refracción es proporcional a la concentración de los componentes del

sistema en estudio y es por ello que en la práctica se usa como parámetro

para conocer la composición de la mezcla binaria de n-hexano - etanol,

conociendo los índices de refracción y construyendo una curva de

calibración según las concentraciones conocidas de los compuestos se

pueden encontrar las concentraciones de las soluciones preparadas en el

equipo de destilación. (CROMER, 1998)

Azeótropo: es aquellas mezclas de punto de ebullición constante.

La composición de los azeótropos es marcadamente constante a una presión

de confinamiento dada. Sin embargo, cuando varía la presión total, también

cambia el punto de ebullición y la composición del azeótropo.

Consecuentemente los azeótropos no son compuestos definidos cuya

composición deba permanecer constante en un intervalo de temperatura a

presiones, sino más bien son mezclas que resultan de la interacción de

fuerzas intermoleculares en la solución. Cuando una curva de puntos de

ebullición presenta un máximo o un mínimo, las soluciones que

corresponden a esos puntos de ebullición máximas y mínimos, se llaman

azeotrópicas. En el azeótropo el líquido y el vapor tienen la misma

composición. Los azeótropos se identifican cuando los componentes de la

disolución se alejan mucho de la idealidad y cuando son muy parecidos

entre sí. (PRUTTON,1998)

Volatilidad relativa: es la relación que existe entre los valores de

equilibrio de las composiciones de un sistema binario o la relación de las

presiones parciales de vapor de los componentes del sistema si este presenta

un comportamiento ideal. La volatilidad relativa permite predecir que tan

sencillo resulta separar una mezcla binaria por destilación. (COSTA, 1998)

¿Cuál es la importancia de los procesos de destilación?

La destilación es el método más común e importante para la

purificación y separación de líquidos. Por ejemplo, cuando se destila un

líquido, se separan sus impurezas no volátiles. De hecho, la obtención de

agua destilada o la purificación de solventes orgánicos mediante destilación

simple son procesos cotidianos en el laboratorio y en la industria. En

algunas ocasiones se pueden separar dos o más líquidos mediante

destilación simple siempre que sus temperaturas de ebullición difieran

notablemente (más de 60ºC). ( www.unioviedo.es)

Las operaciones de destilación deben su importancia industrial en parte

al hecho de que afectan directamente la calidad de los productos obtenidos,

las tasas de producción de las plantas y la utilidad de los procesos de

producción. Por esta razón, el control de estas operaciones es fundamental.

Sin embargo, presenta grandes inconvenientes, tal como la no linealidad de

los procesos de destilación. Además, esta operación se modela mediante el

acople de múltiples variables y presenta grandes complicaciones en estado

dinámico. Para quienes consumen productos purificados por destilación, el

parámetro más importante es la concentración de éstos. 

Una variación significativa de este valor puede conllevar consecuencias

en sus procesos de producción, así como alteraciones en los parámetros de

calidad de los productos. Por ejemplo, una variación en la pureza de un

monómero en un proceso de polimerización puede verse reflejada en

cambios en las propiedades mecánicas del polímero obtenido al final.

(http://www.revistavirtualpro.com)

Enuncie y explique la Ley de Raoult

Si un soluto tiene una presión de vapor medible, la presión de vapor

de su disolución siempre es menor que la del disolvente puro. De esta

forma la relación entre la presión de vapor de la solución y la presión de

vapor del disolvente depende de la concentración del soluto en la

disolución. Esta relación entre ambos se formula mediante la Ley de

Raoult, la cual establece: la presión parcial de un disolvente sobre una

disolución P1 está dada por la presión de vapor del disolvente puro P01,

multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución X1.

P1 =X1 ∙ P01

Es decir que la presión de vapor del soluto crece linealmente con su

fracción molar. En una solución que sólo contenga un soluto, se tiene que

X1=1-X2, donde X2 es la fracción molar del soluto, pudiendo escribir la

formulación de la ley como:

P1 = ( 1-X2 ) ∙P01=∆P∙( X1 ∙ P0

1 )

Se puede ver de esta forma que una disminución en la presión de

vapor, ΔP es directamente proporcional a la concentración del soluto

presente. [1].

Explicar las fuerzas intermoleculares presentes en la muestra binaria

Al mezclar el etanol con el n-hexano se obtiene una mezcla

homogénea producto de que el etanol es una sustancia polar, mientras que el

n-hexano es una sustancia apolar y las únicas fuerzas intermoleculares

presentes en esta es la fuerza de dispersión de London. No obstante, la

polaridad del alcohol genera dipolos inducidos momentáneos en el n-hexano

lo cual aumenta su solubilidad; además el enlace O-H genera la formación

de puentes de hidrógeno, siendo esta la interacción más fuerte entre las

moléculas [1].

Explique las desviaciones de la ley de Raoult y cual de ellas presenta el

sistema

Las desviaciones de la ley de Raoult pueden apreciarse cuando se

presenta una diferencia entre la presión observada experimentalmente y la

presión esperada por dicha ley. Cuando la presión observada es mayor que

la presión obtenida se dice que estamos en presencia de una desviación

positiva, lo que involucra menor interacción molecular soluto-solvente y a

su vez esto produce como consecuencia un aumento de la capacidad de las

moléculas de transformarse al estado de vapor y el proceso de disolución es

endotérmico porque hay separación de las partículas soluto-solvente.

Cuando la presión observada se encuentra por debajo de la presión esperada

por la ley de Raoult entonces se dice que estamos en presencia de una

desviación negativa; esto involucra una mayor interacción molecular soluto-

solvente con lo que la capacidad de las moléculas de transformarse a vapor

disminuye. [2]

La desviación de la ley de Raoult es producida por la diferencia de las

fuerzas de interacción homogéneas (A-A, B-B) y heterogéneas (A-B), donde

A y B son los componentes de la mezcla binaria. Una mayor fuerza de

interacción heterogénea favorece la desviación negativa mientras que una

mayor fuerza de interacción homogénea favorece la desviación positiva de

dicha ley. [5]

Una desviación de la ley nos indica que la solución de trabajo no es una

solución ideal. [2]

¿Cuál es la finalidad de medir el índice de refracción?

El índice de refracción se refiere a una medida que determina la

reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo,

en forma mas precisa, es el cambio de fase por unidad de longitud, esto es el

número de onda en el medio será “n” veces más grandes que el número de

ondas en el vacío. El índice de refracción es proporcional a la concentración

de los componentes del sistema binario de estudio, y es por esta razón que se

utiliza como parámetro para construir una curva de calibración a partir de

las composiciones de las soluciones conocidas y a través de dicha curva

conseguir las composiciones de las soluciones preparadas en el equipo de

destilación. [1]

Explique la diferencia entre los puntos de ebullición de los compuestos

N-hexano y etanol.

La ebullición comienza cuando al calentar un líquido aparecen burbujas

de gas en toda su masa. Esto ocurre a una temperatura fija para cada

sustancia. Llamamos Punto de ebullición de una sustancia a la temperatura a

que se produce la ebullición de dicha sustancia. A nivel microscópico ocurre

que casi todas las partículas tienen energía suficiente para escapar del

líquido y liberarse en forma de gas. Se observa el aumento del punto de

ebullición, con el tamaño de moléculas (debido a mayor área superficial).

Un incremento en la ramificación tiene el efecto de reducir el punto de

ebullición de un alcano. Así el pentano, isopentano y neopentano hierven a

temperaturas de 36,1°C; 27,9°C y 9,5°C respectivamente. Esto se explica

desde el punto de vista de la disminución de las fuerzas intermoleculares al

disminuir el área de contacto. Al hacerse las moléculas mas esférica

disminuye su área superficial y el punto de ebullición se reduce, por lo tanto

el n-hexano presentara menor punto de ebullición con respecto al etanol.

Los compuestos que tienen momentos dipolares grandes funden e hierven a

temperaturas mas elevadas que los compuestos no polares de parecido peso

molecular. Los líquidos cuyas moléculas se mantienen unidas por puentes de

hidrógenos se denominan líquidos asociados. La ruptura de estos puentes

requiere de una energía considerable, por lo que un líquido asociado tiene un

punto de ebullición más elevado que un compuesto de peso molecular

comparable, la molécula del etanol posee un puente de hidrogeno debido al

grupo OH, de allí se debe que el etanol posea mayor temperatura de

ebullición que el n-hexano [1]

Para que se utiliza la solución recuperada en la práctica.

Debido a que la solución recuperada posee una mayor cantidad del

componente menos volátil (N-Hexano) se utiliza para realizar el mismo

procedimiento con el etanol, es decir, esta solución si posee una pequeña

cantidad de etanol pero por ser un componente muy volátil este se va

evaporando y no afecta el desarrollo de la practica y así evitamos gastar más

reactivo.

Ley de Henry

Ley relativa a la solubilidad de gases en líquidos, formulada por el

químico británico William Henry. La ley afirma que cuando se mantiene

constante la temperatura, la cantidad de gas que se disuelve en un líquido es

proporcional a la presión ejercida por el gas sobre el líquido. La ley de

Henry no es válida cuando el gas es extremadamente soluble en el líquido:

Pi=KiXi

Donde Ki depende de la temperatura, es constante respecto a las

variaciones en la composición de la disolución en el intervalo en el que la

disolución es diluida ideal, Ki tiene dimensiones de presión, y es diferente

para el mismo soluto en distintos solventes.

Ley de Raoult

Establece que la presión parcial de vapor del componente puro

(Pi*) multiplicado por la fracción parcial del componente puro (Xi), es igual

a la presión parcial de la sustancia (Pi) en el vapor de la disolución ideal.

Esta ley se cumple cuando uno de los dos componentes está cerca de uno: Pi

= Xi Pi*; Pi Xi, v = Xi Pi*

P= presión de vapor total; Xi, v= fracción molar de i en el vapor,

Se cumple en intervalos de disolución alta, pues a diluciones

suficientemente altas, todas las disoluciones de no electrolitos son diluidas

ideales. Cuando esto no se cumple se aplican las desviaciones de la ley de

Raoult.

En una disolución ideal el disolvente cumple con la Ley de Raoult

y el solvente con la Ley de Henry.

Ley de Dalton

A temperatura y volumen constante el equilibrio líquido – vapor se

fundamenta igualmente en la Ley de Dalton, que predice que la presión total

del sistema es igual a suma de las presiones parciales de los componentes de

éste:

PT = P i; P= (PA* - PB*)XA + PB*.

Desviaciones de la Ley de Raoult

Hay desviación cuando la fracción Xi se aleja de la unidad. El

sistema binario A-B presenta una desviación positiva (+) o negativa (-) de la

Ley de Raoult, según la intensidad de las atracciones moleculares

heterogéneas (A-B) y homogéneas (A-A y B-B):

XA XA

Fig.Nº2. Diagrama P-X desviación (+) Fig.Nº3.Diagrama T-X

desviación (+)

Porque se dan estas desviaciones y de ejemplos.

Suelen atribuirse a diferencias entre las atracciones moleculares

heterogéneas (A-B) y homogéneas (A-A y B-B):tendrá una desviación (+) si

las atracciones homogéneas son más fuertes que las heterogéneas y entonces

la presión de vapor Total muestra un máximo que está por encima de la

presión de vapor de cualquiera de sus componentes predicha por Raoult, y

tendrá una desviación (-) si las atracciones heterogéneas son más fuertes que

las homogéneas y a una temperatura dada la presión de vapor de la solución

es mas baja que la prevista por la ley de Raoult.

Ejemplo de desviación positiva en la figura nº2, y de desviación

negativa en la figura nº1.

Equilibrio líquido vapor para mezclas binarias

Considerando una solución de componentes volátiles, colocado en

un espacio evacuado, producirá una fase de vapor, rica en el componente

mas volátil, para que halla un equilibrio entre el líquido y su fase vapor

tenemos que: Lni(g)/ai= Fºi - Fºi(g)/RT, luego, bajo ciertas condiciones,

nos queda que ai=Pi/Pºi, , considerando los vapores como ideales. Estas

varían linealmente desde P1=P1º y P2=0 a N2=0 hasta, P1=0 , P2=P2º a

N2=1.En todas las concentraciones intermedias la presión total es la suma de

las presiones parciales. Así, a N2=x, P1 es igual a la distancia de b1x, P2=b2x,

y P= b1x, + b2x=bx. Para obtener una relación entre la composición de una

solución y la presión del vapor sobre el mismo, designamos a Y2 como la

fracción molar de A2 en el vapor sobre una solución de composición N2,

obteniendo: Y2=P2/P pero, P2=P2ºN2, quedando: Y2=(P2ºN2) / ( P2º - P1º)N2

+ P1º, demostrando que hay una composición definida del vapor, que

corresponde a cada composición de la solución y que Y2 y N2 no son iguales

salvo cuando P1º=P2º. En efecto se puede construir una gráfica una curva de

presión de vapor - composición que siga con la ley de Raoult.

Azeótropo

Las mezclas binarias reales que tienen una presión de vapor

máxima o mínima se denominan azeotrópicas. Para un sistema binario

genérico A-B, el punto azeotrópico es el punto máximo o mínimo del

diagrama de equilibrio isotérmico de la presión en función de la

composición molar B y, tal como su nombre lo indica (del griego hervir sin

cambio), representa la temperatura y composición de B, en la que el liquido

y el vapor tienen la misma composición (temperatura y composición

azeotrópica). La desviación de la mezcla con respecto al comportamiento

establecido por la ley de Raoult, determina si el azeótropo se representa

como un mínimo o un máximo del diagrama presión –composición.

De un ejemplo de Azeótropo máximo y azeótropo mínimo. Explique.

El azeótropo será máximo cuando al realizar la curva de presión

vapor - composición se de una desviación positiva de la ley de Raoult, es

decir tenga un máximo está curva. Mientras que el azeótropo será mínimo

cuando se de una desviación negativa de la Ley de Raoult.

Como afectaría la experimentación si las muestras recolectadas no son

manejadas extremando cuidados en la medición de los índices de

refracción.

Como el índice de refracción es una propiedad física que cambia

sensiblemente con cada variación de la composición, por eso al construir la

curva de calibración se pueden hallar las composiciones del destilado y del

residuo al medir sus respectivos índices de refracción, los cuales se obtienen

de manera rápida y sencilla, lo que aumenta su confiabilidad a la hora de

obtener una composición. Pero si no se manejo con cuidado, como es tan

sensible, se vera afectado, y no nos servirá el experimento, pues marcará

otra composición diferente a la que debe ser. Es por ello, que todo debe estar

bien seco, libre de contaminantes, pues si cae agua u otra sustancia

contaminará el experimento y nos dará un índice de refracción malo.

¿Por qué se realizan 2 ensayos en la práctica?

El equilibrio líquido vapor para el sistema binario n-hexano-etanol

presenta un comportamiento azeotrópico, es decir, es una solución que

destila sin que haya cambios de composición, ya que el líquido y el vapor se

encuentran con la misma composición.

Cuando una solución de dos líquidos se evapora parcialmente, el

componente que tiene la presión de vapor más alta se concentra en la fase de

vapor, provocando una diferencia de composición entre el líquido y el

vapor en equilibrio. Este vapor puede condensarse y el vapor obtenido,

evaporando parcialmente este condensado, estará aún más enriquecido con

el componente más volátil. Cada evaporación y condensación corresponden

a un proceso ideal en el cual solamente se condensa una pequeña cantidad

de vapor y sólo una pequeña cantidad de éste se vuelve a evaporar.

El azeótropo se comporta como un compuesto puro en la propiedad de

hervir a temperatura constante, mientras que las mezclas ordinarias ebullen

en un intervalo de temperatura. Sin embargo, los cambios en la presión

producen cambios tanto en la composición del azeótropo como en la

temperatura de ebullición, de manera que no es un compuesto puro.

Con la finalidad de obtener la curva representativa de este equilibrio, se

realizan dos ensayos variando la solución (sus proporciones o composición)

a fin de evaluar el comportamiento azeotrópico en ambos lados de la curva

cuando una u otra especie dominan en la composición.

¿Explique mediante las fuerzas intermoleculares la miscibilidad del N-

hexano y el etanol?

La fuerza intermolecular que domina comúnmente las interacciones

entre sustancias líquidas en relación a la miscibilidad está dada por la

polaridad o, lo que es igual, el momento dipolar.

Una molécula interactúa con otras de acuerdo a su naturaleza. El

etanol, por ejemplo, es una molécula polar gracias a la presencia del enlace

carbono-hidróxido que rige su estructura, lo cual la hace soluble en agua

dado a la posibilidad de formar puentes de hidrógeno con el oxígeno del

agua.

A su vez, el n-hexano es una molécula no polar. Este alcano

presenta una estructura lineal (la n- lo reafirma) y como resultado de su

estructura el momento dipolar es igual a cero. Así mismo el equilibrio

líquido – vapor satisface la Ley de Henry, que relaciona la presión parcial

del soluto en la fase vapor con la fracción mol del soluto en la solución. Esta

ley se describe según la ecuación:

X j=1K j

. p j (I) (1)

Donde:

Xj = solubilidad del componente j en la solución

Pj = presión parcial del componente j en la fase gaseosa en equilibrio con el

líquido.

Kj = constante del componente j de la ley de Henry.

El equilibrio líquido – vapor de soluciones ideales se basa en la Ley de

Raoult, que establece que la presión parcial de vapor del disolvente sobre

una solución es igual a la presión de vapor del disolvente puro multiplicado

por la fracción mol del disolvente en la solución, esta ley es valida para

todas las soluciones ideales en todo el intervalo de concentraciones, sin

embargo para soluciones reales (sistemas binarios liquido-vapor) esta se

ajusta cuanto más diluida es la solución (fracción molar del componente se

acerca a la unidad). Si a una determinada temperatura la presión de vapor de

una solución es más alta que la prevista por dicha ley, se dice que el sistema

presenta una desviación positiva de la ley (curva convexa), en caso contrario

se dice que presenta una desviación negativa de la misma (curva cóncava).

Esta ley se rige según la ecuación:

p=x.p° (II) (1)

Donde:

p = presión de vapor del disolvente en la solución.

P° = presión del vapor del disolvente puro.

X= fracción molar del disolvente en la solución.

A temperatura y volumen constante el equilibrio líquido – vapor se

fundamenta igualmente en la Ley de Dalton, que predice que la presión total

del sistema es igual a suma de las presiones parciales de los componentes de

éste, por tanto esta ley es una consecuencia directa de la teoría cinética de

los gases, la cual se expresa según:

P = Σpi (III) (1)

Donde:

Pi = presión parcial del componente i en la solución.

En el caso de mezclas binarias en estado liquido-vapor se

representan todos los estados en un diagrama:

En donde la curva superior se denomina curva de líquido, la

inferior se denomina curva de vapor. El vapor es estable por debajo de la

curva de vapor, y el líquido es estable sobre la curva de líquido. Los puntos

que se encuentran justo sobre la curva de liquido (l) corresponden a las

presiones mínimas (Pa) a las cuales el liquido puede existir por si solo, de

forma similar los puntos que se encuentran justo sobre la curva de vapor (v)

corresponden a las presiones mínimas (Pa), a los cuales el vapor existe por si

solo. Los puntos encerrados por ambas curvas corresponden a un estado

liquido + vapor.

Cuando las desviaciones de la ley de Raoult son tan notorias que

producen un máximo o un mínimo en la curva de presión de vapor,

entonces, en este punto las curvas de vapor y liquido deben ser tangentes y

el liquido y el vapor tendrán la misma composición (teorema de Gibbs-

Konovalov), este punto se conoce como punto azeotrópico (del griego:

hervir sin cambio). Si existe este punto la separación de los componentes

por destilación no se puede realizar desde cualquier composición.

1.- De un ejemplo de azeotrópo máximo y mínimo. Explique

Considerando el sistema ilustrado en la figura 2 que muestra una

temperatura máxima de ebullición. Si se calienta una mezcla de

composición azeotrópica descrita por el punto a, el vapor se formará

primero a la temperatura t; este vapor tiene la misma composición que el

liquido; en consecuencia, el destilado obtenido tiene exactamente la misma

composición que el liquido original, no hay separación. Si se calienta una

mezcla descrita por b (figura 2), la primera señal de vapor se formara a t´,

con la composición v´.

Este vapor es más rico en el componente de mayor temperatura de

ebullición. Una mezcla descrita por c herviría primero a t´´ y el vapor

tendría la composición v´´.

El comportamiento de las mezclas azeotrópicas de punto de

ebullición mínima, ilustrado en la figura 3 es análogo. El azeótropo destila

sin cambio. Una mezcla descrita por b hierve primero a la temperatura t,

teniendo el vapor una composición v.

¿Por qué se emplea en las calibraciones experimentales de

sistemas binarios líquidos en estudio de equilibrio líquido – vapor el

índice de refracción?

El índice de refracción es una propiedad física que cambia

sensiblemente con cada variación de la composición. Es por esto que al

construir la curva de calibración se pueden hallar las composiciones del

destilado y del residuo al medir sus respectivos índices de refracción, los

cuales se obtienen de manera rápida y sencilla, lo que aumenta su

confiabilidad a la hora de obtener una composición.

¿Cómo desplazaría usted el punto azeotrópico de un sistema

liquido-vapor para su separación por destilación?

Cuando las desviaciones positivas (ley de Raoult) del ideal son

suficientemente grandes y cuando las presiones de vapor de los dos

componentes no están muy alejadas entre sí, se utiliza un cambio en la

presión ya que la composición azeotrópica al igual que su punto de

ebullición cambian (ejemplo de ello es el azeotrópo etanol-agua, el cual a 1

atm aparece a 89,4% molar de etanol y 78,2°C y este desaparece a presiones

menores de 70 mmHg). Para este tipo de azeotrópos se utiliza también la

destilación por arrastre de vapor, donde la solubilidad mutua de algunos

líquidos es muy pequeña (casi insolubles), este se presenta en muchas

mezclas de hidrocarburo-agua donde la presión de vapor de cualquiera de

los componentes no puede ser modificada por la presencia del otro; mientras

las dos fases liquidas están presentes, la mezcla hervirá a la misma

temperatura y producirá un vapor de composición constante, entonces

mediante este método, mientras el agua liquida este presente el liquido

orgánico de alto punto de ebullición se evaporará a una temperatura menor

que su punto de ebullición.

Otro método aplicable a estos sistemas es la destilación

azeotrópica, la cual se lleva a cabo al agregar otro componente (llamado

solvente arrastrador) arriba del plato de la alimentación para formar un

azeotrópo con uno de los componentes de la alimentación que luego será

removido por el tope o por el fondo.