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• Grissel Paz Perez

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PRACTICA N 6 SISTEMA LÍQUIDO TERNARIO DE TRES COMPONENTES 1. OBJETIVOS:  

Construir en forma experimental la curva binodal (o curva de solubilidad) y las líneas de unión para el sistema ternario: cloroformo, agua y ácido acético. Interpretar el diagrama de fases, aplicando la regla de las fases.

2. FUNDAMENTO TEORICO: Es posible tratar todos los equilibrios heterogéneos desde un punto de vista unificado por medio del principio conocido como Regla de las Fases, con el cual él número de variables a que se encuentra sometido un equilibrio heterogéneo cualquiera, queda definido bajo ciertas condiciones experimentales definidas. En los casos de sistemas de tres componentes se conviene fijar la temperatura y presión variando solamente las composiciones del sistema; la manera de representar este sistema es mediante la utilización de un triángulo equilátero donde cada uno de sus vértices indica uno de los componentes puros, en cada lado se leerá la composición del sistema ternario. 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.

A continuación se considera el sistema formado por tres líquidos (ácido acético-cloroformo-agua). Cuando dos de los componentes son miscibles entre sí y el otro sólo Parcialmente, se obtiene una gráfica como la mostrada en la Figura.

Grados de libertad: Se denominan grados de libertad de un sistema en 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. La cantidad de cada una de las sustancias componentes que integran el sistema, en el que no existen reacciones químicas, no depende de las cantidades de las demás sustancias, en este caso para conocer la composición del sistema se determinan las concentraciones de todos los componentes. Si en el sistema ocurren reacciones químicas, entonces las cantidades de las sustancias componentes integrantes del sistema en equilibrio dependen una de la otra, y la composición de las fases del sistema en equilibrio se puede determinar conociendo las concentraciones de una parte de las sustancias componentes.

3. PRECEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

5. CALCULOS Y RESULTADOS: Titulación con NaOH 2M A A A

: : :

V(fase) = 60ml V(fase) = 55.95ml V(fase) = 49.40ml

V(NaOH)=4.05ml V(NaOH)=6.55ml V(NaOH)=4.05ml

Tempetura ambiente = 17ºC CHCl3 Densidad = 1.74 g/ml PM = 119.38 Pureza =99.40% HAc Densidad = 1.05 g/ml PM = 60.05 Pureza =99.8 % *todos los volúmenes en ml y las masas en gramos  Determinar los porcentajes en peso de cloroformo, ácido acético, agua de cada mezcla tabular los resultados. Para el cálculo de las masas de cada componente en la mezcla, se usaron las siguientes ecuaciones:

m H 2O  V H 2 O 

1gH 2 O 1mlH 2 O

m H 2O  V H 2O 

1.74 g 99.4 g  1ml 100 g

m H 2O  V H 2O 

1.05 g 99.8 g  1ml 100 g

Y la ecuación para hallar los porcentajes en masa de cada componente es:

%(i ) 

mi * 100 mT

Después de aplicar estas ecuaciones a los datos experimentales, se tienen las siguientes tablas de datos: (todas las masas en gramos) TABLA1: Masa CHCl3 Masa H2O Masa Masa Total (g) (g) CH3COOH (g) (g) 7.35 0.5 4.20 12.05 7.35 1.0 5.67 14.02 7.35 2.5 8.40 18.25 7.35 7.5 15.75 30.60 7.35 17.5 27.30 52.15 7.35 32.5 43.58 83.43

Entonces las fracciones en peso serán: TABLA2: % CHCl3 61.00 52.42 40.27 24.02 14.09 8.81

% H2O 4.15 7.13 13.70 24.51 33.56 38.95

%CH3COOH 34.85 40.44 46.03 51.47 52.35 52.24

Zona Acuosa

Aplicando la ecuación: g ρCHCL 3=1.47 ml

m = V

( )

ρCH 3 COOH =1.05 ρ H 2 O =1(

( mlg )

g ) ml

TABLA3: Masa CHCl3 (g)

Masa H2O (g)

1.47 1.47 1.47 1.47 1.47

2.5 5 7.5 10 12.5

Masa CH3COOH (g) 5.88 8.61 11.97 15.22 17.85

Masa Total (g) 9.85 15.08 20.94 26.69 31.82

Entonces las fracciones en peso serán: TABLA4: % CHCl3 14.92 9.75 7.02 5.51 4.62

% H2O 25.38 33.16 35.82 37.47 39.28

%CH3COOH 59.70 57.10 57.16 57.02 56.10

 Graficar la curva binodal usando los resultados obtenidos en el anterior punto, completar con los siguientes datos: una solución saturada de agua en cloroformo contiene 98 % en peso de cloroformo. Mientras que la solución conjugada de cloroformo en agua contiene 1.0 % de cloroformo también en peso.

 Trazar las líneas de unión

Las composiciones en volumen de las mezclas son: Mezcla A B C

Clorofor mo 35% 30 % 30 %

Acido Acético 25% 35 % 45 %

Agua 40% 35 % 25 %

Pesos y Volúmenes:

Mezcla

Fase Orgánica Peso (g)

Fase Orgánica Volumen (ml)

Fase Acuosa Peso (g)

Fase Acuosa Volumen (ml)

A B C

7.090

5.20

9.540

9.20

6.520

4.35

10.48

10.5

5.710

4.50

10.710

10.1

 Para la solución A:

% HAc ORG 

m HAcORGANICO * 100 mORGANICO

m HAcORGANICO  5.0ccNaOH *

2 eq - gr 1 eq - gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * *  1000 cc NaOH 1eq  grNaOH 1eq  grHAc 1mol

m HAcORGANICO  0.60 gr de HAc organico % HAc 

0.60 gr * 100  8.46 % HAc 7.09 gr

% HAc ACUOSP 

m HAcACUOSO *100 m ACUOSO

m a cos o  14ccNaOH *

% HAc 

2 eq - gr 1 eq - gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * *  1.68 grHAc a cos o 1000 cc NaOH 1eq  grNaOH 1eq  grHAc 1mol

1.68 gr * 100  17.61 % HAc 9.54 gr

Para la solución B:

% HAc ORG 

m HAcORGANICO * 100 mORGANICO

m HAcORGANICO  7.6ccNaOH *

2 eq - gr 1 eq - gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * *  1000 cc NaOH 1eq  grNaOH 1eq  grHAc 1mol

m HAcORGANICO  0.912 gr de HAc organico % HAc 

0.912 gr * 100  13.99 % HAc 6.520 gr

% HAc ACUOSP 

m HAcACUOSO * 100 m ACUOSO

m a cos o .  19ccNaOH *

% HAc 

2 eq - gr 1 eq - gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * *  2.28 grHAc a cos o 1000 cc NaOH 1eq  grNaOH 1eq  grHAc 1mol

2.28 gr * 100  21.76 % HAc 10.48 gr

Para solución C:

% HAc ORG 

m HAcORGANICO *100 mORGANICO

m HAcORGANICO  11ccNaOH *

2 eq - gr 1 eq - gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * *  1000 cc NaOH 1eq  grNaOH 1eq  grHAc 1mol

m HAcORGANICO  1.32 gr de HAc organico % HAc 

1.32 gr * 100  23.12 % HAc 5.71gr

% HAc ACUOSP 

m HAcACUOSO 2.724 * 100   100  25.43% HAc m ACUOSO 10.71

ma cos o  22.7cc *

2 eq - gr 1 eq - gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * *  2.724 grHAc a cos o 1000 cc NaOH 1eq  grNaOH 1eq  grHAc 1mol

 Indicar la varianza del sistema dentro y fuera de la curva binodal y en los dos lados del diagrama. Dentro de la curva binodal es V = C – F+2 (P, T, xi) Como P y T es constante y hay tres componentes, se tiene:

la

V=3-F Habiendo realizado este análisis, efectuamos el análisis en las diferentes regiones del diagrama: 1

en la región monofásica:

F=1  2

V = 3 –1 = 2

en la región bifásica:

F=2  3

V=3–2=1

en una línea de unión:

F = 2,

pero: “T” también es constante, ya que sobre una línea de unión ya esta definida  V = C – F = 3-2 = 1

 Determine el punto pliegue. Habiendo ya trazado las líneas de unión extrapolamos y trazamos una línea de unión hacia el punto de pliegue o punto de coso luto por tal razón se lee de la gráfica:

% CH3COOH =

%H2O =

%CHCl3 =