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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA QUÍMICA

INFORME N°2 FISICOQUIMICA II QU428/A

TEMA:

“DIAGRAMA DE FASES EN UN SISTEMA TERNARIO”

ALUMNOS:  Quispe Caballero Daniel Alejandro  Quispe Huayra Alexis David  Peña Borja Alfredo Junior

20172699G 20171556H 20162231B

PROFESORES:  TEODARDO J. CÁRDENAS MENDOZA  KARIM M. PAUCAR CUBA PERIODO ACADEMICO: 2019-2 REALIZACIÓN DEL LABORATORIO: ENTREGA DEL INFORME:

10/09/19 17/09/19

LIMA – PERU

NOTA

Índice DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA BINARIO OBJETIVO GENERAL

1

FUNDAMENTO TEÓRICO

1

PARTE EXPERIMENTAL

5

1. Datos

5

1.1. Datos experimentales

5

1.2. Datos bibliográficos

5

2. Tratamiento de datos

6

3. Discusión de Resultados

6

4. Conclusiones

6

5. Recomendaciones

8

6. Bibliografía

8

7. Anexos

8

DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA BINARIO OBJETIVO GENERAL 

Estudiar el comportamiento del sistema ternario: Agua, Cloroformo y ácido acético.



Elaborar y comprender el diagrama de fases mostrando su curva de solubilidad y las líneas de reparto del sistema ternario antes mencionado.

FUNDAMENTO TEÓRICO SISTEMAS DE TRES COMPONENTES En este caso una sola fase posee cuatro grados de libertad, que son la temperatura, presión y la composición de los componentes, pero consideramos un valor fijo de presión, además el número máximo de fases que puede presentarse simultáneamente es tres. MÉTODO DE REPRESENTACIÓN GRÁFICA Para esto utilizamos el método se Stokes y Roozeboom , en este método las concentraciones de los tres componentes a una presión y temperatura dadas se grafican sobre un triángulo equilátero, cada vértice indica una concentración de 100%, para obtener por ejemplo otro porcentaje de A , se dividen los lados AB y AC en la o 100 partes iguales, y se dibujan líneas paralelas a BC, cada una de ellas representa un porcentaje de A que varía desde cero sobre la línea BC a 100 en A, análogamente para los otros lados, por ejemplo, para graficar 30% de A, 20% de B y 50% de C obtendremos el siguiente gráfico.

1

Figura 1 Podemos notar que los lados del triángulo representan diferentes proporciones de los constituyentes en sistemas de dos componentes, así las rectas AB, BC y AC dan relaciones de concentración en los sistemas binarios A-B,B-C y A-C, Por otro lado las mezclas de A,B y C se representan dentro del área del diagrama .Una relación que conviene recordar es esta, de la figura 1, cualquier mezcla tal como G, compuesta de A y D , Obtendrá a estos en la proporción en peso DG:AG, si graficamos el porcentaje en peso, o en moles , si el porcentaje es molar. UN PAR MISCIBLE PARCIALMENTE Consideremos los líquidos, B y C, que son parcialmente solubles entre sí a una temperatura dada, si mezclamos cantidades relativas de los dos, de manera que exceda los límites de solubilidad mutua, se obtendrán dos capas, una compuesta por la solución B en C y otra C en B, supongamos que ahora se agrega a la mezcla anterior un tercer liquido A, que es tanto miscible con B como con C. La experiencia enseña que A se distribuirá entre dos capas y promueve una mayor miscibilidad de B y C. Este incremento depende de la cantidad adicionada y de las cantidades B y C. este incremento depende de la cantidad adicionada y de las cantidades de B y C presentes. Si se añade suficiente A, las dos capas pueden resultar modificadas dando una solución única compuesta de los tres líquidos.

2

Los cambios de miscibilidad producidos por adiciones progresivas de A a las mezclas de B y C pueden seguirse en el siguiente diagrama. Los puntos a y b designan las composiciones de las dos capas liquidas que resultan de la mezcla de B y C en alguna proporción global arbitraria tal como c, mientras que la línea Ac muestra la manera en que dicha composición cambia por adición de A. cuando se añade suficiente A para cambiar c a c1 las composiciones de las dos capas se desplazan desde a y b hasta a1 a b1 .la línea a1b1 a través de c1 conecta las composiciones de las dos capas en equilibrio, y se denomina línea de unión. De manera análoga se modifican las composiciones de a2,

a3

y b2,

b3

cuando las

composiciones globales alcanzan los valores de c2 y c3. Finalmente, en el punto b4 se ha agregado suficiente cantidad de A para formar una sola capa de esta composición, y de aquí se obtiene solo una composición única.

Figura 2 La línea de unión para b4 enseña que la composición de la capa más rica en B en el punto de completa miscibilidad no es idéntica a b4 sino a a4. Este hecho indica que la miscibilidad total se logra no por coalescencia de las dos capas en una sola, sino por la desaparición de la más rica en B .esta miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas tiene lugar únicamente en un punto del diagrama, D. En él las composiciones se hacen idénticas, y las dos soluciones se unen en una sola, sino por la desaparición de la más rica en B. Esta miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas tiene lugar únicamente en un punto del 3

diagrama, D. En él las composiciones se hacen idénticas, y las soluciones se unen en una sola fase liquida de composición constante. Al punto D se le denomina punto crítico isotérmico del sistema y puede obtenerse solo agregando A a la mezcla única de B y C, esto es d. De la discusión precedente se sigue que cualquier mezcla de A, B y C de una composición global que se encuentra dentro del área del domo dará dos capas liquidas de composiciones dadas por la línea de unión apropiada por la composición de la mezcla. Por otra parte cuando dicha composición global queda fuera de aquella área, se producirá únicamente una sola solución homogénea de los tres líquidos. La curva aDb se conoce como binodal. En general, el punto de doblez D quedara fuera del máximo de curva binodal. Además, puesto que por regla general el componente A no se distribuye en forma igual entre las dos capas a y b, las líneas de unión no son paralelas entre sí, ni a BC. Son ejemplos del tipo discutido el sistema ácido acético-cloroformo-agua.

4

PARTE EXPERIMENTAL 1. Datos 1.1. Datos experimentales Temperatura del laboratorio: 19°C. Tabla 1. Datos Curva binodal N° de matraz

Volumen de CH3COOH (ml)

7

16.8

8

12

Tabla 2. Datos Líneas de reparto N° de pera de

Masa de fase rica en

Fase rica en agua

decantación

agua (g)

Volumen de NaOH (ml)

4

2.09

29

5

2.06

26.8

1.2. Datos bibliográficos Normalidad del NaOH: 0.5N Densidades a la temperatura de 19°C (Lange's Handbook of Chemistry) Densidad del cloroformo: 1.484 g/ml Masa molar cloroformo: 119.39 g/mol Densidad del agua: 0.998 g/ml Masa molar del agua: 18.015 g/mol Densidad del ácido acético: 1.06 g/ml Masa molar del ácido acético: 60.05 g/mol

5

2. Tratamiento de datos Tabla 3. Datos Curva binodal. N° de Mezcla 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

H2O 66.04 47.01 38.27 31.85 27.56 20.51 15.80 12.36 6.45 3.57

% en peso CHCl3 CH3COOH 2.58 31.38 5.83 47.16 8.89 52.84 13.53 54.61 18.78 53.66 30.49 49.00 37.20 46.99 48.25 39.39 57.57 35.98 66.44 29.99

H2O 0.8707 0.7578 0.6900 0.6335 0.5928 0.5151 0.4450 0.3929 0.2488 0.1582

Fracción molar CHCl3 CH3COOH 0.00514 0.12412 0.01417 0.22804 0.02419 0.28582 0.04061 0.32587 0.06096 0.34628 0.11558 0.36930 0.15807 0.39698 0.23144 0.37562 0.33496 0.41623 0.44364 0.39818

Tabla 4. Datos de todas las líneas de reparto preparadas. (Ver Anexo 6 y Figura 1. diagrama ternario) Fase rica en cloroformo

Fase rica en agua

% peso HAc

% peso HAc

4

31

41.66

5

14

39.06

N° de Mezcla

3. Discusión de resultados 

Se puede observar que en el diagrama triangular de %peso existe una desviación considerable en punto 8, debido a que se encuentra muy por debajo de las líneas 9 y 7.



Del grafico de la curva binodal correspondiente al diagrama triangular %peso se puede afirmar que el ácido acético es más soluble en agua que en cloroformo.



Para hallar las moles presentes de ácido acético presentes en la muestra de fase acuosa se realizó la neutralización acido-base; pare ello previamente se preparó la solución de NaOH.

6

4. Conclusiones  



Debido a que la curva binodal tenga sus extremos entre el agua y el cloroformo, esto nos hace concluir que los sistemas agua y cloroformo son parcialmente miscibles. Se puede concluir que los puntos que están dentro de la curva Binodal, representan composiciones diferentes de sistemas ternarios ya que se encuentran en 2 fases en equilibrio, cuando predomina el componente agua, la fase se denomina acuosa, si predomina el cloroformo se denomina fase clorofórmica. La curva binodal para el sistema ternario cloroformo, acido acético y agua representa el límite de dos regiones, una en la cual existe solo 1 fase y la otra en 2 fases.

5. Recomendaciones 



Tener mucho cuidado al momento de agregar HAc en el sistema de 2 fases H2O - CHCl3, ya que este acido solo debe agregarse hasta desaparecer las fases; si se añade más de lo debido se obtendría puntos incorrectos. Cuando se agite la pera con los tres compuestos es importante, que cada cierto tiempo, se debe abrir la llave para dejar escapar los gases producidos durante la agitación para aclarar las fases formadas.



Tener mucho cuidado al titular para así poder obtener los valores exactos de las moles presentes de ácido acético.



Para las líneas de reparto, dejar reposar el tiempo sugerido por el jefe de práctica de laboratorio para que así las fases del sistema ternario contenidas en la pera de decantación se establezcan con mayor claridad y equilibrio.

6. Bibliografía  James G. Speight (2016). Lange's Handbook of Chemistry.  Universidad Nacional Heredia. (10 de enero de 2012). Hojas de seguridad. Ácido Acético: http://www.quimica.una.ac.cr/index.php/documentoselectronicos/category/13-hojas-de-seguridad?download=113:acidoacetico&start=20 Cloroformo: https://quimica.unam.mx/wp-content/uploads/2016/12/7cloroformo.pdf 7

8

ANEXOS Anexo 1 – Volúmenes de la mezcla de reactivos para la curva binodal N° de Matraz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Vol. CHCl3 (ml) 0.5 1.5 2.5 4.0 5.5 8.0 9.5 10.5 12.0 12.5

Vol. H2O (ml) 19 18 16 14 12 8 6 4 2 1

Vol. CH3COOH (ml) 8.5 17.0 20.8 22.6 22.0 18.0 16.8 12.0 10.5 7.9

Con los datos del volumen (𝑣) (Anexo 1), y los valores de las densidades (𝜌) de los componentes, calculamos sus masas (𝑚).

𝜌=

𝑚 𝑣

𝑚 = 𝜌𝑣 Anexo 2 – Masas de la mezcla de reactivos para la curva binodal N° de Matraz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

m. CHCl3 (g) 0.742 2.226 3.710 5.936 8.162 11.872 14.098 15.582 17.808 18.550

m. H2O (g) 18.962 17.964 15.968 13.972 11.976 7.984 5.988 3.992 1.996 0.998

m. CH3COOH (g) 9.010 18.020 22.048 23.956 23.320 19.080 17.808 12.720 11.130 8.374

̅ ) de cada Con los valores de las masas (Anexo 2) y el dato de la masa molar (M componente, calculamos el número de moles (𝑛) de cada componente.

𝑛=

9

𝑚 ̅ M

Anexo 3 – número de moles de la mezcla de reactivos para la curva binodal N° de Matraz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

n. CHCl3 (mol) 0.00621 0.01864 0.03107 0.04972 0.06836 0.09944 0.11808 0.13051 0.14916 0.15537

n. H2O (mol) 1.05257 0.99717 0.88637 0.77558 0.66478 0.44319 0.33239 0.22159 0.11080 0.05540

n. CH3COOH (mol) 0.15004 0.30008 0.36716 0.39893 0.38834 0.31774 0.29655 0.21182 0.18535 0.13945

Líneas de reparto Anexo 4 – Volúmenes en la elaboración de la pera de decantación N° de pera de

Vol. H2O (ml)

Vol. CHCl3 (ml)

Vol. CH3COOH (ml)

4

5.0

3.0

5.0

5

3.0

6.0

3.0

decantación

Anexo 5 – masa en la elaboración de la pera de decantación N° de pera de

m. H2O % peso

m. CHCl3

% peso

m. CH3COOH

% peso

decantación

(g)

H2O

(g)

CHCl3

(g)

CH3COOH

4

4.99

33.85

4.452

30.20

5.3

35.95

5

2.994

19.86

8.904

59.05

3.18

21.09

Anexo 6 – Calculo del % en peso del HAc. Con los datos experimentales de la Tabla 2 y Anexo 4: Por equivalencias en la titulación con el NaOH: (𝑁𝑉)𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜 = (𝑁𝑉)𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑁 = 𝑀𝜃 Donde: N=Normalidad Ácido= CH3COOH 10

Base= NaOH ̅𝐶𝐻 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 60.05 g/mol 𝑀 3 𝜃𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 1 𝑁𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 =

(𝑁𝑉)𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑉𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻

𝑀𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝜃𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 𝑀𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 =

𝑀𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 =

(𝑁𝑉)𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑉𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻

(𝑁𝑉)𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑉𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 → 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 = 𝑀𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 ∗ 𝑉𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝐿) 𝑉𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝐿)

̅𝐶𝐻 𝐶𝑂𝑂𝐻 ∗ (#𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠) 𝑃𝑒𝑠𝑜𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝑔) = 𝑀 3 Finalmente: %𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻𝐴𝑐 =

𝑃𝑒𝑠𝑜𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝑔) 𝑥100% 𝑚 (𝑔)

Para la pera de decantación N° 4: 𝑁𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 =

(𝑁𝑉)𝑁𝑎𝑂𝐻 (0.5N)(29 𝑚𝑙) = 𝑉𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (5 𝑚𝑙)

𝑁𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 2.9 N 𝑁𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 𝑀𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑥1 = 2.9 M 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 = (2.9 M) ∗ (5𝑥10−3 𝐿) = 0.0145 𝑚𝑜𝑙 𝑃𝑒𝑠𝑜𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝑔) = (60.05 𝑔/𝑚𝑜𝑙)𝑥(0.0145 𝑚𝑜𝑙) 𝑃𝑒𝑠𝑜𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝑔) = 0.870725 𝑔 Fase Rica en agua: % peso HAc =

0.870725𝑔 2.09𝑔

11

𝑥100% = 41.66%

Para la pera de decantación N° 5: 𝑁𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 =

(𝑁𝑉)𝑁𝑎𝑂𝐻 (0.5N)(26.8 𝑚𝑙) = 𝑉𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (3 𝑚𝑙)

𝑁𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 4.467 N 𝑁𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 𝑀𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑥1 = 4.467 M 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 = (4.467 M) ∗ (3𝑥10−3 𝐿) = 0.0134 𝑚𝑜𝑙 𝑃𝑒𝑠𝑜𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝑔) = (60.05 𝑔/𝑚𝑜𝑙)𝑥(0.0134 𝑚𝑜𝑙) 𝑃𝑒𝑠𝑜𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝑔) = 0.80467 𝑔 Fase Rica en agua: % peso HAc =

0.80467𝑔 2.06𝑔

12

𝑥100% = 39.06%