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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FAULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA

NOMBRE:

………………………………

CARRERA:

ING. PETROLERA

C.I.:

……………………….

DOCENTE:

ING. F. YUJRA

FECHA DE REALIZACIÓN:

25 de MAYO 2017

FECHA DE ENTREGA:

1 de JUNIO.2015

LA PAZ – BOLIVIA

1

ÍNDICE 

Objetivos



Fundamento Teórico o Sistema de tres componentes o Diagrama triangular

o Extracción líquido – líquido

o Sistema Ácido Acético – Agua – Cloroformo 

Aparatos y Reactivos



Procedimiento experimental



Datos Obtenidos



Cálculos y Gráficas



Conclusiones y Observaciones



Bibliografía

2

SISTEMA LÍQUIDO DE TRES COMPONENTES 1. Objetivos 

En esta practica se determinará de manera 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 de un sistema ternario, aplicando la regla de las fases.

2. Fundamento teórico a. Sistema de tres componentes La varianza de los sistemas de tres componentes puede alcanzar un valor de 4. Si se impone la restricción de temperatura y

presión constantes, todavía quedan dos grados de libertad, y la

representación de¡ equilibrio involucrado está en el limite de ser algo irracionalmente complicado. Se examinará sólo el tipo más simple de sistemas de tres componentes para proporcionar cierta familiaridad con los diagramas de fases triangular. b. Diagrama triangular La suma de las fracciones molares de los tres componentes de un sistema ternario (C = 3) debe ser igual a uno: XA + XB + XC = 1

Un diagrama de fases triangular, basado en las propiedades de los triángulos equiláteros, asegura que esta propiedad se cumpla automáticamente. Esto se debe a que la suma de las distancias a un punto interior del triángulo es igual a la longitud del lado del

triángulo, que se puede considerar de longitud unitaria. Si las fracciones molares de los tres componentes se representan por

3

esas

tres

distancias,

Una

propiedad

entonces

un

sistema

de

composición se puede representar por un solo punto. importante

del

diagrama

cualquier

triangular

está

relacionada con la recta que une un vértice con un punto del lado opuesto. Cualquier punto sobre dicha línea representa una composición que: (a) se enriquece progresivamente en A, a medida que se acerca al vértice A

(b) Tiene

siempre

la

misma

relación

entre

B

y

C.

(Esta

característica depende de las propiedades de los triángulos

equiláteros y de la demostración que X’ B / X’C en P' es igual a X’’B/ X’’C en P’’).

Por tanto, si se quiere representar el cambio de composición de un sistema a medida que se añade A, lo único que hay que hacer

es trazar una línea desde el vértice A hasta el punto en BC que representa el sistema binario inicial. Cualquier sistema ternario

formado por la adición de A está situado en algún punto de esta recta. En un sistema líquido de tres componentes (C = 3) de acuerdo a la regla de las fases la varianza del sistema será: V=C–F+2=5–F Si se fijan la presión y la temperatura la varianza será: V=3–F De modo que el sistema tendrá como máximo dos grados de libertad, que representan a las

variables de composición

relacionadas mediante la siguiente ecuación:

4

X1 + X2 + X3 = 1 Es decir, que si variamos dos de 1as tres variables de

composición, automáticamente la tercera es fijada. Si existen 2 fases líquidas el sistema será monovariante, es decir que si se llega a variar cualquiera de las composiciones, las composiciones de las soluciones conjugadas, en el quedan automáticamente definidas por medio de una de las líneas de unión de las muchas que existen en la zona bifásica c. Extracción liquido-liquido La extracción liquido – liquido consiste en la separación de los

constituyentes de una disolución liquida por contacto con otro liquido inmiscible que disuelve perfectamente a uno de los

constituyentes de la solución original, dando lugar a la aparición de dos capas liquidas inmiscibles de diferentes densidades. La disolución a tratar se denomina alimentación, recibiendo el

nombre de disolvente el líquido que se pone en contacto con ella. Después del contacto entre la alimentación y el disolvente se obtienen dos fases liquidas, denominadas “extracto” que es la mas rica en disolvente, Y del “refinado” que es la mas pobre en

disolvente. Separando el disolvente del extracto y del refinado se obtienen el producto extraído y el producto refinado.

El procedimiento consiste en agitar la mezcla impura con un disolvente orgánico inmiscible con el solvente inicial y dejar separar ambas capas. Los diferentes solutos de la mezcla se distribuyen entre la fase acuosa y la fase orgánica de acuerdo a

sus solubilidades con respecto a cada uno de los disolventes presentes. Lo que se desea es que el soluto deseado sea el único

soluble en la fase orgánica, dejando en la otra solución a las impurezas y demás compuestos. Este objetivo se obtiene en forma

sencilla

si

deseamos

separar

por

ejemplo

sales

inorgánicas, solubles en agua de hidrocarburos, solubles en 5

benceno, para esta separación es preciso únicamente una extracción sencilla.

Muchos de los compuestos orgánicos tales como los alcoholes, ácidos cetonas, aminas y otros son parcialmente solubles en

ambas soluciones; para estos casos se precisa de extracciones múltiples, utilizando a la solución de mayor solubilidad para este compuesto; pero como podríamos conocer cuan mas soluble es

una sustancia de otra. Para lograr solucionar este problema es que se ha inventado "el

coeficiente

de

reparto"

o de

Distribución, que viene a ser la relación de las concentraciones

del soluto en cada uno de los disolventes; es decir, que nos proporciona la información sobre cuantas partes de soluto existe en un disolvente por cada parte de soluto en el otro disolvente.

Cuando se realizan un mayor numero de extracciones sobre la misma mezcla la eficiencia de la obtención del soluto será cada vez mejor. Como en la practica también se toma en cuenta el tiempo y el trabajo, es necesario escoger al disolvente adecuado

para nuestra experiencia; el cual siempre debe reunir las siguientes producto: -

características,

para

una

mejor

obtención

del

El solvente debe ser altamente SELECTIVO, para la obtención del producto con el mínimo de impurezas, es decir, que en lo posible solo disuelva al soluto.

-

El solvente debe ser de gran SOLVENCIA, es decir debe obtener la mayor cantidad posible de soluto.

-

El solvente debe ser en lo posible completamente

INSOLUBLE en la mezcla, evitar que los disolventes sean miscibles. -

El solvente debe ser RECUPERABLE, es decir que después de usarlo se lo pueda nuevamente utilizar con la misma efectividad.

6

-

EL solvente debe poseer una DENSIDAD completamente diferente a la de la solución, para una mejor separación de las capas.

-

El solvente debe ser aquel que pueda separar las fases en la forma mas rápida.

-

El solvente debe ser ESTABLE e INERTE químicamente, para evitar que reaccione con alguno de los productos,

transformándose en otro compuesto diferente, a si mismo estable para poder soportar cualquier ambiente que pueda otorgar el soluto; dificultando la extracción. d. Sistema Ácido Acético-Cloroformo-Agua En este sistema se tiene los siguientes pares: H2O-CH3COOH

son totalmente miscibles entre sí

CHCl3-H2O

son parcialmente miscibles entre sí

CHCl3-CH3COOH

son totalmente miscibles entre sí

Cuando se agrega agua al cloroformo se obtiene un sistema

homogéneo, siempre que la cantidad de agua no exceda la correspondiente al punto de saturación indicado por X. El agregado posterior de agua separa el sistema en dos fases. Si la composición inicial del sistema es Z, al agregar ácido acético,

éste se distribuye entre las dos fases formando las soluciones ternarias conjugadas, cuyas composiciones están indicadas por los puntos E y R. La línea que las une se denomina línea de unión

o línea de reparto y no es paralela a la base del triángulo debido a que el ácido acético es mas soluble en agua que en cloroformo.

A medida que se va agregando más ácido acético, las líneas de unión se van acortando hasta que se llega al punto P donde las soluciones conjugadas tienen la misma composición a este punto se le denomina punto de pliegue.

7

Una mezcla preparada cuya composición esta dada por el punto

M se separara en dos fases conjugadas de composiciones E y R, la línea de unión se determina separando ambas fases y pesándolas para luego analizar el contenido de ácido acético en ambas fases aplicando la regla de la palanca a las soluciones conjugadas de la mezcla se tiene:

R ME X E  X M   M RE X E  X R Donde:

R:

Cantidad de la solución conjugada rica en CHCl3

E:

Cantidad de la solución conjugada rica en H20

XR:

Fracción en peso de HAc en R

XM:

Fracción en peso de HAc en M

M: XE:

Cantidad de la mezcla

Fracción en peso de HAc en E

3. Aparatos y reactivos              

2 Buretas de 50 ml. 6 Matraces erlenmeyer de 150 ml. 2 Pinzas para buretas 3 Anillos 3 Embudos de separación de 125 ml 6 Soportes universal 3 Pipetas de 5 ml. 3 Pipetas de 10 ml 1 Probeta de 50 ml Ácido acético glacial Cloroformo Hidróxido de sodio Fenolftaleína Agua destilada.

8

4. Procedimiento experimental a. Zona orgánica. inicio Preparar soluciones que contengan 5 ml de cloroformo y 0.5 ml de de agua Agregar acido acético hasta obtener una solución clara y agitar vigorosamente

La soluciones esta clara

Anotar el volumen de ácido gastado Repetir el procedimiento agregando 0.5, 1.5, 5, 10 y 15 ml de agua. Fin

b. Zona acuosa inicio Preparar soluciones que contengan 1 ml de cloroformo y 2.5 ml de de agua Agregar acido acético hasta obtener una solución clara y agitar vigorosamente La soluciones esta clara agregar cuatro porciones de 2,5 ml cada una Fin

9

c. Líneas de Unión inicio Preparar una solucion que contengan 35% de cloroformo 25% de acido acético y 40% de agua Preparar una solucion que contengan 30% de cloroformo 35% de acido acético y 35% de agua Preparar una solucion que contengan 30% de cloroformo 45% de acido acético y 25% de agua traspasar las anteriores mezclas a un matraz erlenmeyer y agitar reposar para dejar que se formen las dos fases analizar el contenido de acido acético en cada fase Fin

5. Datos Obtenidos  Zona orgánica. N0

Volumen de CH Cl 3

Volumen de H Ac

Volumen de H 2O

(ml)

(ml)

(ml)

1

5

4.3

0.5

2

5

4.8

1.0

3

5

7.6

2.5

4

5

15.4

7.5

5

5

28.7

17.5

6

5

39.2

32.5

10

 Zona orgánica N0

Volumen de CH Cl 3

Volumen de H Ac

Volumen de H 2O

(ml)

(ml)

(ml)

1

1

4.6

2.50

2

1

6.1

5.00

3

1

7.7

7.50

4

1

8.1

10.00

5

1

9.0

12.50

 Líneas de unión Compuesto

Mezcla A

Mezcla B

Mezcla C

Cloroformo

35%

5.25 ml

30%

4.50 ml

30%

4.50 ml

Ácido acético

25%

3.75 ml

35%

5.25 ml

45%

6.75 ml

Agua

40%

6.00 ml

35%

5.25 ml

25%

3.75 ml

Mezcla

Fase

m Probeta

m Prob+sol

m sol

V sol

V NaOH

(g)

(g)

(g)

(ml)

(ml)

21.862

29.429

7.567

4.5

2.1

2.3

Acuosa

22.181

31.536

9.355

8.9

6.1

6.2

Orgánic

21.862

28.367

6.505

4.6

3.5

3.5

Acuosa

22.181

32.482

10.301

9.9

8.1

7.5

Orgánic

22.181

27.941

5.760

4.6

5.3

5.1

21.862

32.936

11.074

10.0

19.2

14.1

Orgánic A

B

C

a

a

a Acuosa

11

6. Cálculos y graficas a. Determinar los porcentajes en peso de cloroformo, ácido acético y agua de cada mezcla Las densidades de los compuestos empleados en el laboratorio son: CH3 – COOH

1.05 g / m l

H2O

1.00 g / m l

CH Cl3

1.74 g / m l

La temperatura ambiente es:

Zona Orgánica

T = 15 C º

Para el punto 1. m  V   1.74 g  8.7 g 1ml 1.0 g 0.5mlH 2 O   0.5 g 1ml 1.05 g 4.3ml HAc   4.515 g 1ml

% p / p CHCl3  63.43%

5mlCHCl 3 

mT  13.715 g

% p / p H 2O  3.65% % p / p HAc  32.92%

Para el punto 2. 1.74 g  8.7 g 1ml 1.0 g 1.0ml H 2O   1.0 g 1ml 1.05 g 4.8ml HAc   5.04 g 1ml

% p / pCHCl3  59.02%

5mlCHCl3 

mT  14.74 g

% p / p H 2O  6.78% % p / p HAc  34.20%

Para el punto 3. 12

1.74 g  8.7 g 1ml 1.0 g 2.5ml H 2O   2.5 g 1ml 1.05 g 7.6ml HAc   7.98 g 1ml

% p / pCHCl3  45.36%

5mlCHCl3 

mT  19.18 g

% p / p H 2O  13.03% % p / p HAc  41.61%

Para el punto 4. 1.74 g  8.7 g 1ml 1.0 g 7.5ml H 2O   7.5 g 1ml 1.05 g 15.4ml HAc   16.17 g 1ml

% p / pCHCl3  26.88%

5mlCHCl3 

mT  32.37 g

% p / p H 2O  23.17% % p / p HAc  49.95%

Para el punto 5. 1.74 g  8.7 g 1ml 1.0 g 17.5ml H 2O   17.5 g 1ml 1.05 g 28.7 ml HAc   30.135 g 1ml

% p / pCHCl3  15.44%

5mlCHCl3 

mT  56.335 g

% p / p H 2O  31.06% % p / p HAc  53.49%

Para el punto 6. 1.74 g  8.7 g 1ml 1.0 g 32.5ml H 2O   32.5 g 1ml 1.05 g 39.2ml HAc   41.16 g 1ml

% p / pCHCl3  10.56%

5mlCHCl3 

mT  82.36 g

% p / p H 2O  39.46% % p / p HAc  49.98%

Zona Acuosa Para el punto 1.

13

1.74 g  1.74 g 1ml 1.0 g 2.5ml H 2O   2.5 g 1ml 1.05 g 4.6ml HAc   4.83 g 1ml

% p / pCHCl3  19.18%

1ml CHCl3 

mT  9.07 g

% p / p H 2O  27.56% % p / p HAc  53.25%

Para el punto 2. 1.74 g  1.74 g 1ml 1.0 g 5.0ml H 2O   5.0 g 1ml 1.05 g 6.1ml HAc   6.405 g 1ml

% p / pCHCl3  13.24%

1ml CHCl3 

mT  13.145 g

% p / p H 2O  38.04% % p / p HAc  48.73%

Para el punto 3. 1.74 g  1.74 g 1ml 1.0 g 7.5ml H 2O   7.5 g 1ml 1.05 g 7.7 ml HAc   8.085 g 1ml

% p / pCHCl3  10.04%

1ml CHCl3 

mT  17.325 g

% p / p H 2O  43.29% % p / p HAc  46.67%

Para el punto 4. 1.74 g  1.74 g 1ml 1.0 g 10.0ml H 2O   10.0 g 1ml 1.05 g 8.1ml HAc   8.505 g 1ml

% p / pCHCl3  8.59%

1ml CHCl3 

mT  20.245 g

% p / p H 2O  49.39% % p / p HAc  42.01%

Para el punto 5. 1.74 g  1.74 g 1ml 1.0 g 12.5ml H 2O   12.5 g 1ml 1.05 g 9.0ml HAc   9.45 g 1ml

% p / p CHCl3  7.34%

1ml CHCl3 

mT  23.69 g

% p / p H 2O  52.76% % p / p HAc  39.89%

14

% Cloroformo Nº

% Ácido Acético

% Agua

Orgánic

Acuosa

Orgánic

Acuosa

Orgánic

Acuosa

1

63.43

19.18

3.65

27.56

32.92

53.25

2

59.02

13.24

6.78

38.04

34.20

48.73

3

45.36

10.04

13.03

43.29

41.61

46.67

4

26.88

8.59

23.17

49.39

49.95

42.01

5

15.44

7.34

31.06

52.76

53.49

39.89

6

10.56

a

a

a

39.46

49.98

b. Graficar la curva binodal usando los anteriores 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 0.93% de cloroformo también en peso. Líneas de unión

Considerando para todos los casos lo siguiente: M = N; M = 1 molar => N = 1 normal V FaseAcuosa  N HAc  V NaOH  N NaOH

N HAc 

V NaOH V FaseAcuosa

=>

 N NaOH

 Zona acuosa Mezcla A

15

1N  6.1N N  N HAc 2 1ml N HAcA  HAc1  6.15 N 1N 2 N HAc  6.2ml   6.2 N 1ml 6.15Eq  gHAc 1molHAc 60 gHAc  8.9ml sol     3.2841gHAc 1000ml sol 1Eq  gHAc 1molHAc N HAc1  6.1ml 

m HAc

% p / p HAc 

m HAc 3.2841gHAc  100   100  35.1053% msol 9.355g sol

Mezcla B 1N  8.1N 1ml 1N  7.5ml   7. 5 N 1ml

N HAc1  8.1ml  N HAc 2

m HAc  9.9ml sol  % p / p HAc 

N HAcA 

N HAc1  N HAc 2  7 .8 N 2

7.8Eq  gHAc 1molHAc 60 gHAc    4.6332 gHAc 1000ml sol 1Eq  gHAc 1molHAc

m HAc 4.6332 gHAc  100   100  44.98% m sol 10.301g sol

Mezcla C 1N  19.2 N 1ml 1N  14.1ml   14.1N 1ml

N HAc1  19.2ml  N HAc 2

m HAc  10.0ml sol  % p / p HAc 

N HAcA 

N HAc1  N HAc 2  16.65 N 2

16.65Eq  gHAc 1molHAc 60 gHAc    9.99 gHAc 1000ml sol 1Eq  gHAc 1molHAc

m HAc 9.99 gHAc  100   100  90.21% m sol 11 .074 g sol

 Zona Orgánica Mezcla A

16

1N  2.1N 1ml 1N  2.3ml   2 .3 N 1ml

N HAc1  2.1ml  N HAc 2

m HAc  4.5ml sol  % p / p HAc 

N HAcA 

N HAc1  N HAc 2  2.2 N 2

2.2 Eq  gHAc 1molHAc 60 gHAc    0.594 gHAc 1000ml sol 1Eq  gHAc 1molHAc

m HAc 0.594 gHAc  100   100  7.85% m sol 7.567 g sol

Mezcla B 1N  3 .5 N 1ml 1N  3.5ml   3 .5 N 1ml

N HAc1  3.5ml  N HAc 2

m HAc  4.6ml sol  % p / p HAc 

N HAcA 

N HAc1  N HAc 2  3.5 N 2

3.5Eq  gHAc 1molHAc 60 gHAc    0.966 gHAc 1000ml sol 1Eq  gHAc 1molHAc

m HAc 0.966 gHAc  100   100  14.85% msol 6.505 g sol

Mezcla C 1N  5.3 N 1ml 1N  5.1ml   5.1N 1ml

N HAc1  5.3ml  N HAc 2

m HAc  4.6ml sol  % p / p HAc 

N HAcA 

N HAc1  N HAc 2  5.2 N 2

5.2 Eq  gHAc 1molHAc 60 gHAc    1.4352 gHAc 1000ml sol 1Eq  gHAc 1molHAc

m HAc 1.4352 gHAc  100   100  24.92% msol 5.76 g sol

Gráfico I

Correspondiente a los puntos a y b de los cálculos, donde se definen la curva binodal y las líneas de unión.

17

c. Indicar la varianza del sistema dentro y fuera de la curva binodal.

F=C–P+2 F = 3 – P +2 18

Donde:

F=5–P

F: Grados de libertad o número de variables independientes. C: Número de componentes.

P: Número de fases o partes homogéneas de un sistema limitadas por superficies. Si se fijan la presión y la temperatura la anterior ecuación queda del siguiente modo:

F=3–P Para un punto fuera de la curva binodal : P=1 F=3–P F=2

Esto significa que se tiene que especificar dos variables intensivas, que son las composiciones Para los lados del triangulo: P=1

F=3–P F=2 Esto nos indica que se tiene que especificar dos variables intensivas, al igual que en el anterior caso son las composiciones. Para un punto dentro de la curva binodal. P=2 F=3–P 19

F =1 Para un punto en la curva binodal. P=1

F=3–P F=2 Esto nos indica que se tiene que especificar dos variables intensivas, al igual que en los otros casos son las composiciones.

1. ¿Por qué no puede aplicarse la Ley de reparto a la solubilidad del ácido acético en las dos fases? La ley de reparto no es aplicable a la solubilidad del ácido acético ya que

es más miscible en agua que en cloroformo, por lo tanto tiene diferente grado de solubilidad en cada una de las soluciones. 2. Definir lo que significa capa refinada y capa de extracto. Capa de Extracto: La capa de extracto es una fase líquida que contiene mayor cantidad de disolvente.

Capa de Refinado: La capa de refinado es una fase líquida pobre en disolvente.

7. Conclusiones y Observaciones. a. Se construyeron la curva binodal y las líneas de unión para el sistema ternario del experimento, 20

b. Se interpreto el comportamiento de este sistema ternario en el diagrama de fases. c. Se pudo observar que en la construcción de la curva binodal se aprecian

ciertas

desviaciones,

pero

que

no

son

muy

significativas, ya que el comportamiento en general es el

esperado. En cuanto a la construcción de las líneas de unión se tienen algunas distorsiones debido a que en uno de los embudos en los que se trataban las mezclas se tuvieron pérdidas de la

solución ya que al armar el equipo la llave no correspondía al embudo. 8. Bibliografía

 

FISICOQUIMICA

Castellan

FISICOQUIMICA

Atkins

21