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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO Y PETROQUIMICA

IMFORME DE LABORATORIO

EQUILIBRIO HETEROGENEO Distribución de un soluto entre dos solventes inmiscibles

CURSO: FISICOQUIMICA 1

ALUMNOS:

 MARTEL VASQUEZ SANDRO EMILIO  PINTO HERRERA PIERO FRANCISCO  RAMOZ BORJAS RAFAEL ALEXANDER

2011

Distribución de un solvente entre dos solventes inmiscibles

FISICOQUIMICA 1

INTRODUCCIÓN:

La distribución de un soluto entre fases es un fenómeno de gran importancia en muchas áreas de la química de la biología. Tiene además numerosas aplicaciones prácticas tanto en la industria como en el laboratorio, una de estas aplicaciones se da cuando se realiza la síntesis de un compuesto, donde generalmente se lo obtiene acompañado de impurezas y/o compuestos secundarios no deseados. Si existiera por ejemplo, un solvente orgánico en el cual la solubilidad de estos compuestos secundarios fuera marcadamente inferior a la del compuesto de interés, y a su vez inmiscible con el solvente en el que se encuentran, es posible mediante sucesivas extracciones con este solvente orgánico, aislar el compuesto deseado. Conociendo la constante de reparto del compuesto entre ambos solventes, se calcula el mínimo número de extracciones necesarias para remover el compuesto sintetizado en la proporción deseada.

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OBJETIVOS: Nuestro principal objetivo en este laboratorio será calcular el coeficiente



de distribución del acido acético en dos solventes líquidos inmiscibles, para distintas concentraciones del soluto.

Como objetivo secundario se tiene que realizar una titulación correcta de



las fases, orgánica y acuosa, con NaOH.

FUNDAMENTO TEORICO: Los métodos de separación toman en consideración la distribución de los componentes en una mezcla de dos fases que luego se separan mecánicamente. Si la cantidad de un componente específico en una fase es bien diferente a la cantidad de otro componente en esa fase, la separación de los componentes es posible. La razón de la cantidad del componente en una fase y la otra se conoce como el coeficiente de distribución. Para aquellas situaciones donde el coeficiente de distribución de los componentes que se quieren separar, es bien parecido, se necesitan técnicas de fraccionamiento múltiple para lograr la separación. En este caso el número de veces que ocurre la partición aumenta y la distribución ocurre en porciones renovadas de las distintas fases. La distribución de un soluto entre dos fases inmiscibles es un proceso de equilibrio que sigue la ley de acción de masa. Las constantes de equilibrio para estos procesos varían enormemente para diferentes solutos haciendo útiles los métodos de extracción como métodos de separación.

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La técnica de extracción se utiliza para sistemas orgánicos. La partición de un soluto entre dos disolventes inmiscibles está gobernada por la ley de distribución. Para un soluto A que se distribuye entre una fase acuosa y una fase orgánica de acuerdo al equilibrio.

(1) A una temperatura dada la constante de equilibrio K dada por:

(2) Se le conoce como el coeficiente de partición o distribución. Los términos en corchetes representan la actividad de las especies en la fase orgánica y en la fase acuosa, pero en ocasiones se utiliza la concentración molar sin cometer mucho error. En otras ocasiones la cantidad en corchetes se relaciona a la solubilidad del soluto en cada disolvente. El soluto puede existir en varios estados de agregación en cada disolvente y el equilibrio en (1) se puede escribir

(3) y la expresión del coeficiente de partición será

(4)

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Los coeficientes de partición ayudan a establecer las condiciones experimentales que se necesitan para transferir un soluto de un disolvente a otro. Para el sistema sencillo descrito en la relación (1), si tenemos Vac ml de una solución acuosa que tiene ao moles iniciales de A y que pretendemos extraer con Vorg ml de un disolvente orgánico inmiscible. En equilibrio, a1 moles de A permanecerán en la fase acuosa y éstos se representan por

(5) Lo que se distribuyó a la fase orgánica entonces será

(6) Al sustituir la relación (6) y (5) en la (2) y re-arreglando se obtiene

(7) El número de milimoles, a2, que quedan después de una segunda extracción del agua con cantidad idéntica de disolvente por el mismo razonamiento anterior será

(8)

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Al sustituir la relación (8) en la (7) se obtiene

(9) Después de n extracciones los mili moles que quedan son

(10) La ecuación (10) se puede re-escribir en términos de la concentración final e inicial en la fase acuosa si sustituimos las relaciones:

(11) Entonces,

(12)

La eficiencia de la extracción múltiple aumenta cuando pequeñas porciones de volumen de disolvente se usan en vez de una sola porción de una cantidad grande de volumen. La ecuación 12 es de naturaleza exponencial y muestra un comportamiento exponencial, figura 1.

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La eficiencia de las extracciones múltiples disminuye rápidamente a medida que aumenta el número de extracciones consecutivas y por esto más de cinco o seis extracciones no aumentan la eficiencia de separación.

Figura 1: Gráfica correspondiente a la ecuación 12 asumiendo volúmenes iguales ambos disolventes.

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PARTE EXPERIMENTAL MATERIALES Y REACTIVOS:

Pipeta

Matraz



ACIDO ACETICO



FENOLTALEINA



HIDROXIDO DE SODIO

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Embudo de separación

Bureta

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PROCEDIMIENTO: Comenzaremos preparando soluciones 0.5N, 1.0 N, 2.0N de acido acético en



agua, una vez tengamos esto separaremos 25 ml de cada una de las muestras y serán colocadas en 3 embudos de decantación. 

En cada embudo se añadirá 15 ml de gasolina, para luego ser agitado.



Dejaremos que la mezcla repose hasta aparezcan dos fases, una orgánica y otra acuosa.

Fase orgánica y Fase acuosa

Separaremos la fase orgánica de la acuosa sin dejar que una se pase a la



otra. Sacaremos 10ml de cada una de las fases para proceder a titularlas con



NaOH 0.5N Y apuntaremos la cantidad utilizada.

Fase acuosa después de ser titulada

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CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Fig.1 Tabla de datos experimentales

Fig2.Tabla de datos con volúmenes promediados

Para poder hallar la constante de reparto, es necesario calcular que concentración de acido acético que hay en cada fase y esto lo haremos aplicando conocimientos de titulación, diremos que el numero de equivalentes del acido y la base deben ser iguales.

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Para



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0.5 N:

-En fase acuosa

[

]

[

]

[

]

-En fase orgánica

[

]

Por lo tanto K seria:

[ [

Para



] ]

1.0 N:

-En fase acuosa

[ ]

[

]

-En fase orgánica

[

]

[ ] 11

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Por lo tanto K seria: [ [

Para



] ]

2.0 N:

-En fase acuosa

[ ]

[ ] -En fase orgánica

[

]

[ ]

Por lo tanto K seria:

[ [

De

12

,

,

] ]

obtenemos un valor promedio que seria:

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RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES Para poder realizar el laboratorio adecuadamente tenemos que seguir algunos consejos, tales como:

El reparto se debe efectuar a temperatura constante durante todo el



proceso, puesto que la temperatura influye sobre la cantidad de soluto disuelta en cada líquido, de forma que para cada temperatura de trabajo el equilibrio de distribución del soluto en los distintos disolventes será distinto.

No debe producirse ninguna reacción química entre ninguno de los



componentes del sistema, ya que si se forma un nuevo producto, esto falsearía los datos referidos a las concentraciones del soluto inicial.

Las disoluciones deben ser diluidas ya que a altas concentraciones aparecen



interacciones entre soluto y disolventes que interfieren en la proporción en la que el soluto se distribuye en las distintas fases.

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CONCLUSIONES:

Notamos que los valores obtenidos para las distintas concentraciones se



acercan, siendo la fase orgánica en la que más notoria se hace.

Además después de realizar este laboratorio nos dimos cuenta que la



cantidad disuelta de ácido acético en el medio acuoso fue mayor que la disuelta en el medio orgánico, esto se debe a que en el medio acuoso se formaron enlaces puente de hidrogeno, lo que permitió una mayor atracción entre estos 2.

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BIBLIOGRAFIA:

Guía de laboratorio, Fisicoquímica 1, “Equilibrio heterogéneo-distribución



de un soluto entre dos solventes inmiscibles”, Universidad Nacional de Ingeniería

Guía



de

laboratorio,

Química-Física,

Distribución

de

Equilibrio,

Universidad Ricardo Palma

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