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• Paola Diaz Linda

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UNAM FES- ZARAGOZA

Commented [PTtñ1]: Sin abreviaciones.

INGENIERIA QUIMICA LABORATORIO DE TALLER DE PROYECTOS 7° SEMESTRE MODULO: PROCESOS DE SEPARACION PROFERORA: Paulette Tapia ALUMNO: Ramos Martínez Jorge Eduardo GRUPO: 4751 PRACTICA: L-1 Estudio de un sistema de tres componentes en equilibrio

Commented [PTtñ2]: Acento

Commented [PTtñ3]: Corregir

L-1 Estudio de un sistema de tres componentes en equilibrio Resumen La siguiente practica de laboratorio se realizó con el fin de conocer el comportamiento de un sistema de tres componentes, el cual consta de dos solventes inmiscibles entre si y un tercer componente solido usado como soluto entre ambas fases liquidas, logrando así el sistema de los tres componentes en equilibrio.

Commented [PTtñ4]: Se realizó la indicación que, en la primera práctica se entregaría reglamento de laboratorio, nombre y número de práctica, así como cronograma de actividades. Commented [PTtñ5]: Justificar texto Commented [PTtñ6]: Acento Commented [PTtñ7]: Acento

Se comenzó preparando una solución de hidróxido de sodio en etanol a una concentración 0.1 Molar.

Commented [PTtñ8]: Acento

El sistema analizado en el experimento se realizó con agua libre de CO2 y Tolueno (fases liquidas) y como soluto Acido Benzoico. Se agregaron ambos solventes en un embudo de separación y se agregó el ácido benzoico muy bien pulverizado para evitar dificultad en su disolución, se realizó la separación apropiada con el embudo. Este procedimiento se realizó 4 veces con diferentes concentraciones de ácido benzoico.

Commented [PTtñ9]: Subíndice

Posteriormente a la separación de ambas fases, se extrajo 2ml de cada fase y se agregó en dos vasos de precipitado por separado conteniendo cada uno 25ml de agua destilada libre de CO2 (para los 4 sistemas) cada uno de esto vasos se calentó hasta ebullición y después se separó en 3 matraz Erlenmeyer y se agregó a cada uno dos gotas de fenoftaleina para su posterior titulación con NaOH en solución. Se realizó un promedio en el volumen gastado de hidróxido para asi obtener la concentración de ácido en cada fase de los 4 sistemas analizados y poder obtener el coeficiente de distribución o de reparto para el análisis del sistema obteniendo así su gráfica y la ecuación de comportamiento de este experimento.

Commented [PTtñ10]: Acento Commented [PTtñ11]: Acento

Commented [PTtñ12]:

Commented [PTtñ13]:

Commented [PTtñ14]: Es parte de la metodología.

Objetivo Particular Particular: Determinar el coeficiente de distribución de un disolvente en dos sustancias liquidas inmiscibles Objetivos Específicos: -

Conocer el fundamento teórico del coeficiente de reparto K Identificar como se obtiene este coeficiente aplicado al análisis experimental Obtener la ecuación que sea representativa a nuestro análisis y su grafico.

Commented [PTtñ15]:

Commented [PTtñ16]: Mayúsculas, acento

Introduccion Si a dos líquidos inmiscibles que están en contacto se les agrega cierta sustancia sólida, soluble en ambas, ésta se distribuirá entre las dos fases líquidas en una proporción constante de modo tal que se alcanzará el equilibrio material a la presión y temperatura dadas, independientemente de la cantidad total de sustancia disuelta presente. El equilibrio material entre las dos fases, de acuerdo con las condiciones termodinámicas del equilibrio, implica que los potenciales químicos del sólido en ambas fases sean iguales; es decir:

 SI   SII

Donde:

(1)

𝜇𝑆𝐼 = potencial químico del sólido en la fase líquida I 𝜇𝑆𝐼𝐼 = potencial químico del sólido en la fase líquida II

Coeficiente de distribución A K se le denomina coeficiente de distribución o coeficiente de reparto del sólido. Representa la actividad relativa del sólido en la fase líquida I con referencia a la que tiene en la fase líquida II. Es la relación que representa el equilibrio que ha alcanzado la concentración del sólido en cada fase durante su distribución a través de las mismas, producto de la igualdad de sus potenciales químicos, como lo establece la ecuación (1). Su valor numérico depende de la temperatura absoluta del sistema, concentración del sólido en las dos fases líquidas y en menor grado, de la presión. Simbólicamente, esto se expresa como: 𝐾 = 𝐾(𝑇, 𝑃, 𝑥𝑆𝐼 , 𝑥𝑆𝐼𝐼 )

(7)

. Para el caso de soluciones líquidas diluidas, el valor de K en el equilibrio entre las fases puede calcularse a partir de las fracciones molares del sólido en cada fase, 𝑥𝑆𝐼 y 𝑥𝑆𝐼𝐼 , o de las concentraciones molares, 𝐶𝑆𝐼 y 𝐶𝑆𝐼𝐼 , de la siguiente manera:

K 

X SI X SII

o

K 

C SI C SII

(8)

Cuando las concentraciones son pequeñas, la ley de distribución de Nernst suele cumplirse si no hay reacción química. En general, se ha encontrado que para muchos casos, la ley de distribución de un sólido entre dos fases líquidas puede representarse mediante la ecuación:

K 

C SI (C SII ) N

(10)

Donde N es un índice que cambia con la temperatura y depende de las propiedades de los tres componentes que constituyen el sistema, pero es independiente de la concentración. El estudio de la distribución de una sustancia sólida entre dos líquidos inmiscibles puede dar información importante para la realización de una extracción o también para indicar la existencia de disociación, asociación u otras reacciones químicas del soluto en las soluciones.

Lo similar disuelve a lo similar La solubilidad depende de las fuerzas intermoleculares. Las moléculas pueden ser polares o no polares. Las moléculas polares tienen áreas eléctricamente positivas y negativas. Las áreas con carga se mueven para alinearse unas con otras, haciendo que las moléculas se mezclen con facilidad. El agua es un buen ejemplo. Las moléculas no polares son más o menos neutras eléctricamente. Al acumularse, se deslizan unas sobre otras sin problema, pero no serán atraídas por las moléculas polares.

La molécula de ácido benzoico El ácido benzoico tiene un anillo bencénico grande y no-polar que conforma la mayor parte de su cuerpo, unido a un grupo polar ácido más pequeño. Por lo tanto, debería disolverse tanto en solventes polares como no polares. Aunque esto es una verdad parcial, en realidad no se disuelve demasiado bien en ninguno de los dos. Resiste la disolución en agua porque el cuerpo grande y no polar es atraído por otros anillos bencénicos en lugar de hacerlo por las moléculas de agua, a pesar de la unión ácida. El efecto del calor Cuando calientas la solución, algo más sucede. La atracción intermolecular entre los anillos bencénicos no polares cae en la medida en que se torna más caliente. Esencialmente, las moléculas rebotan mucho más y esto puede hacer que se separen con más facilidad. Con las moléculas menos atraídas entre sí, el agua puede meterse entre ellas y disolver la parte ácida más fácilmente. Solubilidad del ácido Benzoico en tolueno y agua En Acido Benzoico y el Tolueno no existe solubilidad en condición temperatura ambiente; debido que el tolueno es un componente principal o la materia prima para obtener el acido benzoico. Y el acido benzoico es poco soluble en agua o disolventes orgánicos en bajas temperaturas. Ell acido benzoico tiene un grupo carboxilo --COOH unido al anillo aromatico, este grupo permite que se formen enlaces puente de hidrogeno con el agua y que sea soluble en ella, en cambio el tolueno tiene unido al anillo aromatico, un grupo metilo --CH3 que es alifatico, por lo que no forma enlace puente de hidrogeno con el agua y tampoco es soluble en ella.

Commented [PTtñ17]: Solo se solicito introducción, no desarrollo de marco teórico.

Commented [PTtñ18]: Revisar acentuación. Mejorar presentación de diagrama de bloques.

Procedimiento experimental

Commented [PTtñ19]: Las fotografías pueden ser reportadas en el análisis de datos, con la secuencia adecuada.

Procedimiento

Preparacion de solucion NaOH y etanol 0.1M

Preparacion de agua destilada libre de CO2 (se hierve 10 minutos y se tapa

Se monta el equipo para titular (bureta, soportes y agitadores y se comienza a titular cada muestra con NaOh

En cuatro embudos de separacion agregar 25ml de agua y 25ml de tolueno

Cuando la muestra adquiera el color rosado tenue termina la titulacion y se registran los datos de volumen utilizado

Se divide en 3 el contenido de cada matraz y se agregan a cada uno 2 gostas de fenoftaleina

Agregar Acido benzoico a diferentes pesos en cada embudo:

1- 0.1526g 2- 0.4579g 3- 0.9159g

Se agitan los embudos para solubilizar el acido en ambas fases

4- 1.5265g

Se separan 2ml de la fase organica y 2 ml de la fase acuosa de cada embudo por separado

Se agregan los 2ml de cada fase a 8 matraz erlenmeyer con 25ml cada uno respectivamente

Se hierven posteriormente los matraz con las muestras tomadas en un baño de temperatura constante y se dejan enfriar

Foto 1: Material de vidrio utilizado

Foto 2: Muestras calentándose en baño caliente

Foto 4: Titulación de muestra Foto 3: Muestras preparadas para titulación

Análisis de resultados Tabla 1: Concentraciones de soluciones Concentraciones (M) Muestra Acido benzoico 1 0.05 2 0.15 3 0.3 4 0.5

Peso (g) 0.1526 0.4579 0.9159 1.5265

NaOH

Commented [PTtñ20]: Sistema

0.1 0.1 0.1 0.1

Commented [PTtñ21]: Acento Commented [PTtñ22]: Esta columna no es comprensible en la tabla.

Nota: La concentración de ácido benzoico se tomó como base en cuanto disolvente se iba a agregar

Tabla 2: Resultados de la titulación Muestra 1 Volumen Volumen A. B. NaOH ACUOSO (ml) 9 9 9 PROMEDIO ORGANICO (ml) 9 9 9 PROMEDIO

0.4 0.25 0.55 0.4 0.1 0.1 0.1 0.1

Muestra 3 Volumen A. Volumen B. NaOH ACUOSO (ml) 9 2.6 9 2.44 9 2.72 PROMEDIO 2.58666667 ORGANICO (ml) 9 0.43 9 0.47 9 0.39 PROMEDIO 0.43

Muestra 2 Volumen A. Volumen B. NaOH ACUOSO (ml) 9 1.2 9 1.15 9 1.22 PROMEDIO 1.19 ORGANICO (ml) 9 0.1 9 0.15 9 0.12 PROMEDIO 0.12333333

Muestra 4 Volumen A. Volumen B. NaOH ACUOSO (ml) 9 2.9 9 2.75 9 3 PROMEDIO 2.88333333 ORGANICO (ml) 9 0.6 9 0.5 9 0.4 PROMEDIO 0.5

Commented [PTtñ23]: Sistema

Commented [PTtñ24]: Acento

Tabla 3: Resultados del coeficiente de distribución por muestra Acido benzoico 0.05M Muestra 1 Volumen de muestra (ml) Cantidad usada de NaOH (ml) Concentracion Ac. Benzoico

Cs2 Organica

lnCS= K=

Acido benzoico 0.15M Muetra 2 Volumen de muestra (ml) Cantidad usada de NaOH (ml) Concentracion Ac. Benzoico

9 9 0.1 0.4 0.00111111 0.00444444 -5.416100 -6.8023947 0.25

Cs2 Organica

lnCS= K=

Acido benzoico 0.3M Muestra 3 Volumen de muestra (ml) Cantidad usada de NaOH (ml) Concentracion Ac. Benzoico

Acido benzoico 0.5M Muetra 4 Volumen de muestra (ml) Cantidad usada de NaOH (ml) Concentracion Ac. Benzoico

Cs1 Acuosa

9 9 0.43 2.58666667 0.00477778 0.02874074 -3.5494396 -5.3437797 0.16623711

Cs2 Organica

lnCS= K=

Cs1 Acuosa

9 9 0.12333333 1.19 0.00137037 0.01322222 -4.3258563 -6.5926742 0.10364146

Cs2 Organica

lnCS= K=

Cs1 Acuosa

Cs1 Acuosa

9 9 0.5 2.88333333 0.00555556 0.03203704 -3.4408626 -5.1929568 0.1734104

Commented [PTtñ25]: acento Commented [PTtñ26]: acento

Obtención de la gráfica de comportamiento del experimento

ln Cs1 vs ln Cs2 0 -6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-1

ln Cs2

-2 -3

y = 0.8304x - 2.5176 R² = 0.8481

-4 -5 -6 -7

ln Cs1

-8

Grafica 1: Comportamiento experimental de las concentraciones de Acido benzoico en Agua libre de CO2 (Cs1) y Tolueno (Cs2)

Commented [PTtñ27]: acento

La ecuación resultante del experimento es: y = 0.8304x - 2.5176 Donde:

ln K   N ln C S1  ln C S2 Para ello ya podemos obtener el valor de K a cualquier concentración 1 despejando de esta ecuación. Y por lo tanto el valor de N = 0.8304.

Commented [PTtñ28]: Escribir en el editor de ecuaciones.

Conclusiones:

Commented [PTtñ29]: Mejorar conclusión

Con el desarrollo de este experimento en conjunto con un análisis teórico, se pudo lograr obtener el coeficiente de distribución o de reparto (K) el cual es el cociente o razón entre la concentración de una sustancia en dos fases y cuál es su proporción en ambas. Se logró obtener coeficiente experimentalmente con ayuda de una separación liquido-liquido de agua y tolueno y con una titulación en ambas fases para obtener la concentración de nuestro soluto el cual fue el Ácido Benzoico en cada una.

Commented [PTtñ30]: acento

Los datos arrojados por las concentraciones permitieron realizar una gráfica y una ecuación del comportamiento del sistema en general. Se obtuvo un ajuste lineal aceptable representativo del experimento y una ecuación la cual nos permitirá saber el valor del coeficiente de distribución a cualquier concentración y además el valor experimental de nuestra constante N la cual es la representación de las condiciones de temperatura en la cual se realizó el experimento. El error experimental fue mínimo en cuanto a factores que pudieron afectar las concentraciones en cada fase podrían considerarse contaminación de material utilizado o absorción de CO2 por el agua.

Commented [PTtñ31]: Esfuérzate un poco más en la redacción.

Commented [PTtñ32]: Subíndice Commented [PTtñ33]: CALIFICACIÓN DE PROTOCOLO:

Hoja de seguridad Acido Benzoico

Commented [PTtñ34]: ANEXOS

Hoja de seguridad Tolueno

Bibliografia - Levine, I.N. (1996). Fisicoquímica. (4ª Ed). Ed. Mc Graw Hill. -

Maron, Samuel. (1990). Fundamentos de fisicoquímica. México: Limusa.

- Castellán, G.W (1987). Fisicoquímica. (2ª Ed). Ed. Addison-Wesley. Consultas WEB - https://www.scribd.com/doc/21932195/LABORATORIO-3-ORGANICA (17/082018) - https://www.geniolandia.com/13063391/por-que-el-acido-benzoico-esapenas-soluble-en-agua-fria (17/08/2018)