UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA RECINTO UNIVERSITARIO SIMON BOLÍVAR INFORME DE LABORATORIO N02 FISICOQUIMICA I. “ DIAGRAMA DE FASES, SISTEMA TERNARIO ” INTEGRANTES: • • • • • Fernanda Felicidad Rodríguez Orozco. Rosalba Jurieth Gutiérrez Aráuz. Karla Michelle Narváez Aburto. Cristhofer David Pérez López. Gerald Adolfo Flores Soza. DOCENTE: • ING. Denis Escorcia. GRUPO: • 3M1-IQ. FECHA: • 31/05/ 0 I. INTRODUCCIÓN Los diagramas de fases nos indican que fases serán estables para cada temperatura y composición, en esta guía de laboratorio abordaremos los diagramas de fases en sistemas ternarios, es decir, los que se forman por tres componentes. Estos tipos de diagrama son una herramienta muy importante ya que se emplea tradicionalmente para mostrar el equilibrio entre diversas fases en sistemas, liquido-vapor, liquido-líquido y solido-liquido ya que nos indican las zonas donde los tres componentes son solubles en todas las proporciones en donde se presentan segregación. Entre las aplicaciones de los diagramas ternarios se encuentran las operaciones de extracción o purificación de alguno de los constituyentes o solutos, las cuales se basan en el conocimiento de los sistemas de equilibrio líquido-líquido con regiones de una sola fase o dos fases líquidas. Además, se pueden extender a más de tres componentes, también se emplean para el seguimiento de algunas reacciones como polimerización en emulsión; mientras que en materia geológica son utilizados para la caracterización morfológica, de textura y composición de suelos; en el área metalúrgica, muestran equilibrios de fases sólidas entre aleaciones ternarias utilizadas en la industria nuclear. Antes que nada vamos a necesitar definir algunos conceptos que usaremos durante esta práctica de laboratorio. Regla de fases: Esta regla nos define los grados de libertad que posee el sistema dependiendo del tipo de variables que consideremos. Establece la siguiente relación. Equilibrio de fases: El equilibrio es una condición estática en la que no ocurre cambios en las propiedades macroscópicas de un sistema con el tiempo; esto implica un balance de todos los potenciales que podrían causar un cambio. Diagramas de fases triangulares: Un diagrama ternario es la representación gráfica del comportamiento de una propiedad característica con relación a la composición de un sistema de tres o multicomponente, generalmente a presión y temperatura constantes. 1 II. OBJETIVOS • Estudiar las relaciones de solubilidad de tres componentes. • Aplicar los conocimientos adquiridos durante dicha materia como lo es trazar el diagrama de equilibrio. • Desarrollar habilidades en el uso del espectrofotómetro, así como en la manipulación segura de reactivos y materiales de laboratorio empleados en dicha practica de laboratorio. 2 III. MARCO TEORICO En química y termodinámica, la regla de las fases de Gibbs describe la relación algebraica que existe entre el número de grados de libertad (L) o variables independientes termodinámicas en un sistema cerrado en equilibrio ( como por ejemplo la presión o la temperatura), el número de fases en equilibrio (F) y el número de componentes químicos (C) del sistema. Esta regla establece la relación entre esos 3 números enteros dada por: La regla de las fases de Gibbs fue derivada de los principios de la termodinámica por Josiah Willard Gibbs en 1875. Sistema de tres fases equilibrio, el número de variables intensivas que es necesario especificar para conocer el estado termodinámico del sistema. El número de grados de libertad viene determinado por la Regla de las Fases de Gibbs: nº g. lib =nº componentes – nº fases +2 Así, para un sistema de 3 componentes, como máximo existen 4 grados de libertad. Si se fijan temperatura y presión quedarían dos grados de libertad (la concentración de dos componentes), y si el número de fases es 2, sólo un grado de libertad (la concentración de un componente en una fase). Por tanto, es posible representar los diagramas de fases en dos dimensiones, ya que la concentración del tercer componente queda fijada por la concentración de dos de ellos elegidos para la representación. Los diagramas triangulares permiten esta representación de una forma muy adecuada y completa. 3 Diagramas triangulares Un diagrama triangular consiste en un triángulo equilátero, en el que cada uno de los vértices representa un componente puro. Cada lado representa la fracción (en peso o molar) de un componente: 100% en el vértice correspondiente al componente puro y 0% en otro vértice). Un punto interno del triángulo representa una mezcla cuya composición se obtiene trazando líneas paralelas a los lados del triángulo. El corte de estas líneas con los lados del triángulo proporciona las fracciones de cada componente. Los puntos a y b designan las composiciones de las dos capas líquidas que resultan de la mezcla de B y C en alguna proporción arbitraria tal como c , mientras que la línea Ac muestra la manera en que dicha composición cambia por adición de A . La línea a 1 b 1 a través de c 1 conecta las composiciones de las dos capas en equilibrio, y se denomina línea de unión ó línea de reparto. La miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas en una sola tiene lugar únicamente en el punto D, al cual se le denomina Punto crítico isotérmico del sistema o Punto de doblez. Finalmente a la curva aDb se conoce como curva binodal. 4 METODOLOGÍA Primera parte : Preparadas las muestras e instrumentos se determinó la solubilidad del acetato de etilo en agua. Se colocaron 20 mL de agua en un Erlenmeyer prosiguente de esto se agregó gota por gota el agua al acetato de etilo hasta notar turbidez y viceversa donde se calculo la fracción molar. ) ) 𝑃𝑚#$ % = 18 *+, ; 𝑃𝑚-. #/ %$ = (12 × 4) + 8 + (2 × 16) = 88.1 *+, ; 0.61 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑛-. #/ %$ = CD) ;;.: < =>? 𝑛#$ % = ::.:) :; < =>? = = 0.22 𝑚𝑜𝑙 ; D.H:*+, D.CC*+, 𝑛E = 0.61 + 0.22 = 0.83 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑥#$ % = D.;I*+, = 0.73 ; 𝑥-. #/ %$ = D.;I*+, = 0.27 Proceso en viceversa 𝑛#$ % = CD) :; < =>? = 1.11 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑛-. #/ %$ = K) ;;.: < =>? :.::*+, = 0.05 𝑚𝑜𝑙 D.DK*+, 𝑛E = 1.11 + 0.05 = 1.16 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑥#$ % = :.:H*+, = 0.96 ; 𝑥-. #/ %$ = :.:H*+, = 0.04 Segunda parte: Se prepararon 5 mezclas de acetato de etilo con agua con distintos porcentajes las cuales fueron 90% agua y 10% etilo, segundo 70:30, tercero 50:50, cuarto 30:70, quinto 10:90 en diferentes matraces erlenmeyer. ) ) Obtenidos los cálculos anteriores 𝑃𝑚#$ % = 18 *+, ; 𝑃𝑚-. #/ %$ = 88.1 *+, (90:10) 𝑛#$ % = :;) :; < =>? = 1 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑛-. #/ %$ = C) ;;.: = 0.02 𝑚𝑜𝑙 ; < =>? :*+, D.DC*+, 𝑛E = 1 + 0.02 = 1.02 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑥#$ % = :.DC*+, = 0.98 ; 𝑥-. #/ %$ = :.DC*+, = 0.02 (70:30) 𝑛#$ % = :N) :; < =>? = 0.77 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑛-. #/ %$ = H) < =>? ;;.: = 0.06 𝑚𝑜𝑙 ; D.OO*+, D.DH*+, 𝑛E = 0.77 + 0.06 = 0.83𝑚𝑜𝑙 ; 𝑥#$ % = D.;I*+, = 0.93 ; 𝑥-. #/ %$ = D.;I*+, = 0.07 (50:50) 𝑛#$ % = :D) :; < =>? = 0.55 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑛-. #/ %$ = :D) < =>? ;;.: D.KK*+, = 0.11 𝑚𝑜𝑙 ; D.::*+, 𝑛E = 0.55 + 0.11 = 0.66 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑥#$ % = D.HH*+, = 0.83 ; 𝑥-. #/ %$ = D.HH*+, = 0.17 5 (30:70) 𝑛#$ % = H) :; < =>? = 0.33 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑛-. #/ %$ = :N) < =>? ;;.: = 0.15 𝑚𝑜𝑙 ; D.II*+, D.:K*+, 𝑛E = 0.33 + 0.15 = 0.48 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑥#$ % = D.N;*+, = 0.69 ; 𝑥-. #/ %$ = D.N;*+, = 0.31 (10:90) 𝑛#$ % = C) :; < =>? = 0.11 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑛-. #/ %$ = :;) < =>? ;;.: = 0.20 𝑚𝑜𝑙 ; D.::*+, D.CD*+, 𝑛E = 0.11 + 0.20 = 0.31 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑥#$ % = D.I:*+, = 0.35 ; 𝑥-. #/ %$ = D.I:*+, = 0.65 Primera parte Muestra mL. acetato de etilo 20 mL 5 mL 1. 2. mL. agua X (acetato de metilo) 0.27 0.04 11.1 mL 20 mL X (agua) 0.73 0.96 Segunda parte Muestra mL. acetato de etilo mL. agua mL. ácido acético 3. 4. 5. 6. 7. 2 6 10 14 18 18 14 10 6 2 13 8 9 9.5 2 Densidades. Acetado de etilo= 0.902 g/ml; Agua= 1 g/ml; Ácido de acético= 1.05 g/ml Muestra gr. acetato de etilo gr. agua gr. ácido acético 3. 1.804 18 13.65 4. 5.412 14 8.4 5. 9.02 10 9.45 6. 12.628 6 9.975 7. 16.236 2 2.1 6 Muestra 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. % acetato de etilo 64.31 20 6.06 21.42 34.48 47.46 81.82 % agua 35.69 80 54.54 50 34.48 20.34 9.09 7 % ácido acético 39.4 28.58 31.04 32.2 9.09 IV. CUESTIONARIO 1. Realizar Introduccion, Marco Teorico o Marco de referencia al tema de laboratorio aplicado en la Unidad del programa que coresponda. 2. Cuando se forman dos fases ¿Cuál es la acuosa? Cuándo se añaden dos compuestos diferentes, podemos observar cómo en el ácido acético con el acetato de etilo por su miscibilidad en esta se forman dos fases en las que se puede notar que la fase acuosa es la más densa y está se puede observar en la parte posterior de recipiente en este caso de acetato de etilo. 3. ¿Como influye la variación de la temperatura en esta experiencia? Influye de manera qué las composiciones en las separaciones de fases ocurren en la misma variación, eso también afecta el límite de la solubilidad en la que mayor temperatura, es mayor el límite de la solubilidad en el compuesto. 4. Teniendo en cuenta las fuerzas intermoleculares explica el comportamiento de los sistemas binarios y del ternario. En los sistemas binarios, las fuerzas intermoleculares son más estables ya que los polos de cada sustancia tienen una mejor interacción con los de otras sustancias. Este también está conformado por sustancias puras en las que ya sea un compuesto o un sistema más estricto de dos átomos. En sistemas ternarios las fuerzas son más inestables en el actual caso la fuerza se se van a repeler entre ellas mismas En lo cual la mayoría de los escenarios la separación va a ser un poco más notoria que la de los sistemas binarios gracias a la naturaleza de cada sustancia ya sea apolares o dipolares. 8 5. ¿Se tendrá mayor precisión preparando las muestras por pesada o por volumen? Tomando en cuenta las precisiones de las medidas ya sea de la pesa o cualquier otro objeto, podemos recordar qué la mayoría de equipos trabajan con dos cifras decimales; por lo tanto la precisión siempre va a tener un cierto margen de error de forma analítica. En cambio, con los volúmenes estos márgenes de error son menores al hacerlos de manera correcta o cuidadosa. Gracias a estas observaciones se puede deducir que la mejor manera de realizar este proceso sería por volúmenes. 6. Determina el número de componentes, el número de fases y los grados de libertad del sistema en cada región del diagrama de fases. 9 10 V. CONCLUSIÓN Podemos concluir qué con los diagramas de fase se puede obtener un modelo del equilibrio de los sistemas en los que se requieren datos de propiedades de componentes. Parte de estos métodos están basados en una visión microscópica del sistema en las que se permite obtener propiedades de un sistema de complejos reales con gran precisión y confianza, dando un mejor punto de vista a éstas prácticas a nivel de laboratorio. 11
