Practicas_Equilibrio_Fases

8/14/2019 Practicas_Equilibrio_Fases

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PRESENTACION

Nadie pone en duda la importancia que tienen en las escuelas los laboratorios, donde

los alumnos provocan los fenmenos que ocurren en la Naturaleza con objeto de

observarlos, analizarlos y comprobar las leyes que obedecen.

En las escuelas de ingeniera de nivel superior, en que se estudian carreras especficas

que requieren del conocimiento cabal de aspectos particulares de las ciencias

naturales, la existencia de laboratorios es fundamental.

En la ESIQIE, como en todas las Escuelas del Politcnico, el tiempo que permanecen

los alumnos en los laboratorios, como parte esencial del proceso de enseanza, es

mucho, dada la importancia que a los laboratorios siempre se les ha concedido.

En el laboratorio de Termodinmica del Equilibrio de Fases, la manera en que se ha

estado impartiendo el curso desde hace ya algunas generaciones es a grandes rasgos:

- Introduccin a la prctica que se va a realizar (Ttulo (tema), objetivos, forma de

realizarla, clculos y grficas).

- Realizacin experimental de la Prctica.

- Reporte por escrito de la prctica hecha, de parte del alumno, ya sea en forma

individual o en equipo, siguiendo un esquema bien estructurado: Ttulo, objetivos,consideraciones tericas, desarrollo de la prctica, clculos y grficas, observaciones,

conclusiones y bibliografa.

Una de las razones principales por las que el alumno debe elaborar un reporte escrito

por cada prctica hecha en el laboratorio, es que sepa expresar correctamente en forma

escrita sus ideas, haciendo buen uso del idioma tanto en su analoga como en su

sintaxis. Se estar de acuerdo que el expresarse por escrito es una virtud importante en


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la vida de toda persona culta, cuanto ms en un profesionista; seguramente es una

caracterstica que tiene que ver mucho con el xito.

Sin embargo en la prctica es frecuentemente difcil llevar a cabo lo anterior por las

siguientes razones: Por parte del alumno(1), ste no tiene el tiempo suficiente para

elaborar un buen reporte con las caractersticas anotadas, debido a la carga de trabajo

extraclase y a la presin que las materias tericas y dems laboratorios le demandan.

Por parte del maestro(2), la imposibilidad fsica de revisar en forma minuciosa todos y

cada uno de los reportes entregados, debido a la gran cantidad de stos por el nmero

de alumnos y grupos que debe atender.

Es por esto que se ha escrito este MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO DE

EQUILIBRIO DE FASES. Reporte escrito de cada una de las prcticas que componen

el curso de LABORATORIO DE EQUILIBRIO DE FASES, siguiendo el formato que se

pide y guiando al alumno con detalle sobre la realizacin de los clculos.

Con la ayuda de este manual, el alumno cuenta ya con una gua en la tarea de hacer

completa la prctica facilitndole la realizacin de los clculos, con lo que dispone de

ms tiempo para sus dems actividades acadmicas, aunque le quita la ocasin

importantsima de poder expresarse l mismo de acuerdo a su estilo

personalsimo ( !).

Se deja al alumno y al maestro la decisin final de usar total o parcialmente este

manual, o bien seguir haciendo el alumno el reporte de la manera tradicional.

A t e n t a m e n t e:

Ing. Rodolfo de la Rosa Rivera

Prof. del curso de Laboratorio de Termodinmica Qumica I


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PRACTICA No. 1

EQUILIBRIO ENTRE FASES PARA UNA SUSTANCIA PURA.

Objetivos.

1.- Medir la presin de vapor de un lquido a diferentes temperaturas o medir la

temperatura de ebullicin de un lquido a diferentes presiones.

2.- Observar que los datos experimentales se ajustan a la ecuacin de Clausius -

Clapeyron.

3.- Usando la ecuacin de Clapeyron, determinar el calor latente de vaporizacin de la

sustancia estudiada y compararlo con el valor bibliogrfico.

4.- Comparar en forma grfica los datos experimentales con los bibliogrficos.

Consideraciones Tericas.

1.- Conceptos.

Todos sabemos que cuando dejamos un lquido en un recipiente destapado, despus de

un cierto tiempo, el lquido se evapora.

Hay lquidos cuya evaporacin a condiciones ambientales es instantnea como el

oxgeno, nitrgeno, cloro, gas domstico y muchos otros que para conservarse lquidos se

encuentran embotellados en cilindros metlicos a presin.


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2

Otros lquidos tienen tiempos de evaporacin variables como el agua, acetona, benceno,

etc.

Finalmente hay otros lquidos cuyos tiempos de evaporacin son muy grandes: como son

los aceites.

Para que un lquido no se evapore, el recipiente que lo contiene debe estar

hermticamente cerrado, en tal caso el llamado "espacio libre" del recipiente est lleno de

vapores del mismo lquido (y otros gases si el recipiente no fue evacuado previamente)

que ejercen una presin sobre l y sobre las paredes del recipiente.

2.- Definicin.

La presin que ejercen los vapores de un lquido vara en forma proporcional a la

temperatura y se llama su PRESION DE VAPOR.

3.- Relacin entre la presin de vapor y la temperatura.

A una misma temperatura, lquidos diferentes tienen presiones de vapor diferentes. Los

lquidos con presiones de vapor grandes tienden a evaporarse ms rpidamente y se dice

que son lquidos muy voltiles o ligeros. Los lquidos con presiones de vapor pequeas se

evaporan lentamente y por lo tanto son lquidos poco voltiles o pesados.

Como la presin de vapor de un lquido aumenta con la temperatura: a una presin fija

dada los lquidos muy voltiles tienen temperaturas de ebullicin bajas mientras que los

lquidos poco voltiles tienen temperaturas de ebullicin altas.

UN LIQUIDO HIERVE CUANDO SU PRESIN DE VAPOR IGUALA A LA PRESION

EXTERNA.


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4.- Curva de presin de vapor.

Cuando se mide la presin de vapor de un lquido (Pvap) a diferentes temperaturas (t o T) o

dicho en forma equivalente, cuando se mide la temperatura de ebullicin de un lquido adiferentes presiones: al graficar los datos Pvap versus t, la grfica resultante se llama

CURVA DE PRESIN DE VAPOR o CURVA DE VAPORIZACION y es la curva que en el

diagrama de fases de una sustancia pura corresponde a la lnea que divide la regin en la

que la sustancia se encuentra como lquido de la regin en la que la sustancia existe como

vapor.

La curva completa de presin de vapor de un lquido empieza en el punto triple y terminaen el punto crtico.

5.- Representacin matemtica de la curva de presin de vapor.

Con objeto de facilitar el uso prctico de la curva de presin de vapor, se ha tratado de

representarla por medio de ecuaciones matemticas. La ecuacin ms sencilla que se

emplea para representar la curva de presin de vapor es la de Clausius-Clapeyron (C.C.)

seguida por la de Antoine, entre las ms complicadas pero ms exactas est la de

Wagner.

6.- Usos.

El conocimiento de la curva de presin de vapor de los lquidos es muy til, algunos usos:

a).- Para la determinacin de la temperatura de ebullicin de los mismos.

b).- Para conocer los niveles de concentracin de vapores de mezclas gaseosas

explosivas.

c).- Determinar los niveles permisibles de exposicin a vapores venenosos o peligrosos.


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d).- Para la solucin de problemas de equilibrio entre fases.

e).- Para la determinacin de calores latentes de vaporizacin.

Desarrollo de la Prctica.

El mtodo que se utiliza para medir la presin de vapor del lquido es un mtodo dinmico

y el equipo es el que se muestra en la figura.


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1.- Procedimiento.

a).- Ponga en el recipiente D el lquido de estudio.

b).- Cierre el sistema del exterior por medio de la vlvula V1 de conexin al exterior y

coloque el portatermmetro T.

c).- Encienda la bomba de vaco B observando por medio del manmetro diferencial M

que la presin dentro del recipiente disminuye.

d).- Apague la bomba de vaco, cierre le vlvula V2 y asegrese que no haya fugas devaco.

e).- Encienda la bomba de vaco, abra V2 y cuando se alcance una presin absoluta entre

20 - 25 mm de Hg abra ligeramente V1 de tal manera que la presin se mantenga

constante.

f).- Encienda la parrilla de calentamiento y agitacin magntica P, ajuste la velocidad de

agitacin y el calor de tal forma que el lquido hierva en forma suave.

g).- Observe continuamente la lectura del termmetro, cuide que el lquido se mantenga

en ebullicin lenta, cuando la temperatura alcance un valor constante, tome su lectura y

simultneamente la de la presin: ste es el primer par de datos.

h).- Abra ligeramente la vlvula V1, observar que la presin aumenta y que el lquido deja

de hervir; espere a que hierva nuevamente y que la temperatura se mantenga constante

para tomar el segundo par de datos. Si fuera necesario d ms calor.

i).- Abra otro poco la vlvula y proceda as sucesivamente, tome varios pares de datos

hasta lograr la temperatura de ebullicin del lquido a presin ambiente.


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Tabla de datos experimentales

Temperatura PresinExperi-

mentoT (C) T (K)

Manomtrica(

h)mm Hg

Absoluta(P)

=Patm-h

ln P 1/T

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11


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Clculos:

1.- Grafique los datos experimentales Psat vs t(temperatura) para obtener la curva depresin de vapor experimental. Grafique tambin la curva de presin de vapor a partir de

informacin bibliogrfica.

Curva de presin de vapor del agua

0

100

200

300

400

500

600

700

0 20 40 60 80 100

temperatura (C)

Presin

(mmHg)


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2.- Grafique los datos experimentales de presin de vapor y temperatura en la forma: ln P

vs 1/T(K), observe que los datos se alinean a una recta.

Curva de presin de vapor del agua

0

1

2

3

4

5

6

7

0.002 0.0022 0.0024 0.0026 0.0028 0.003 0.0032 0.0034

1/T K

lnP

3.- Ajuste los datos experimentales a la ecuacin de la recta por el mtodo de mnimos

cuadrados:


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ClapeyronClausiusdeEcuacinT

BAP

sat = (ln

4.- Calcule el calor latente de vaporizacin. Cambia el valor del calor de vaporizacin con

la temperatura? R. _____________

Ajuste los datos experimentales ahora a la ecuacin de Antoine por el mtodo de mnimos

cuadrados:

)(ln AntoinedeEcuacinCT

BAP

sat

+=

4 .- Calcule el calor latente de vaporizacin a dos temperaturas diferentes. Cambia el

valor del calor de vaporizacin con la temperatura? R. _____________

Tarea.

1.- Obtenga de la bibliografa las constantes de la curva de presin de vapor para el agua(o el lquido que haya trabajado) de la ecuacin de Antoine y determine el calor latente de

vaporizacin a dos temperaturas diferentes dentro del intervalo de validez.

t1=______ Hvap= t2 =________ Hvap =

Son iguales las H? Cul es mayor?

2.- Haga lo mismo pero utilizando la ecuacin de Wagner.

t1=______ Hvap= t2 =________ Hvap =


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3.- Problema: Si se tiene acetona a 4 atm. y 120 C En qu fase encuentra?

Conclusiones.

Bibliografa.


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PRACTICA No 2

PROPIEDADES MOLARES PARCIALES

Objetivos:

1.- Preparar una serie de soluciones de metanol(1)-agua(2) de diferentes concentraciones

y medir a cada una su volumen molar(V).

2.- Calcular a cada solucin su volumen molar ideal(Vid

) y su cambio de volumen demezclado(V).

3.- Ajustar los datos experimentales a una ecuacin (Expansin de Redlich-Kister ).

4.- Determinar el volumen molar parcial( iV ) del metanol y el agua en cada una de las

soluciones.

5.- Presentar los resultados en forma tabular y grfica.

Consideraciones tericas.

Para la termodinmica clsica, una sustancia se define por sus propiedades.

A la temperatura T y la Presin P constantes, para una sustancia dada, sus propiedades:

volumen, energa interna, entropa, energa de Helmholtz, entalpa, energa de Gibbs,

densidad, curva de presin de vapor, etc. adquieren valores fijos caractersticos.

A la misma T y P, para cualquier otra sustancia, el valor numrico de sus propiedades

sern diferentes a los de la anterior, pudiera suceder que en alguna hubiera coincidencia,


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pero no puede ser posible que todas coincidan pues entonces se tratara de la misma

sustancia.

Cuando dos o ms sustancias se mezclan, a T y P constantes, para formar una solucin,las propiedades de la solucin son funcin de las propiedades de los componentes que la

forman. La funcionalidad que guardan las propiedades de la solucin respecto a las

propiedades de los componentes es compleja y slo se determina por medio del

experimento.

1.- Soluciones ideales y no ideales.

En raras ocasiones, las propiedades de las soluciones resultan ser aditivas respecto a las

propiedades de sus componentes:

i

N

iMxM =1

i

N

i

tMnM =

1

Donde:

M y Mt= Propiedad molar y propiedad total de la solucin.

xiy ni= Frac. mol y nmero de moles de cada componente.

Mi= Propiedad molar de cada componente en estado puro.

M = Propiedad extensiva: Volumen, Energa interna, Entalpa, Cp y otras, excepto

Entropa y las derivadas de ella.

Las soluciones que obedecen estas expresiones se les llama SOLUCIONES IDEALES.

Las SOLUCIONES NO IDEALES obedecen ecuaciones anlogas:

i

N

iMxM =1


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i

N

i

tMnM =

1

donde iM se llama: PROPIEDAD MOLAR PARCIAL y es el valor de la propiedad que

tiene un componente EN SOLUCION, y que difiere del valor de la propiedad como

componente puro debido a las interacciones con las dems sustancias de la solucin.

Una propiedad molar parcial se obtiene mediante la expresin:

( )

ijnPTi

i

n

MnM

=

,,

2.- Aplicaciones:

Las propiedades molares parciales juegan un papel importantsimo en la termodinmica,

ejemplos:

Volmen molar parcial: Permite hacer clculos exactos en balances de masa.

Entalpa molar parcial: Permite hacer clculos exactos de balance de energa.

Energa libre de Gibbs molar parcial o Potencial qumico: Es el fundamento terico que

permite la deduccin de las ecuaciones bsicas para resolver todos los problemas

relativos a equilibrio entre fases y en reacciones qumicas.

Estos tres tipos de problemas son parte importante de la razn de ser del Ingeniero

Qumico.


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Desarrollo de la Prctica.

1.- Material y Equipo:Balanza de precisin (B)

Soporte de madera (S)

Armadura de alambre(A)

Cuerpo sumergible (Fl) (flotador o buzo)

Probeta de 50 ml(P)

11 frascos de 100 ml con tapa(F)

Sustancias:

metanol (1)

agua (2)

2.- Preparacin de soluciones.

a).- Clculos.


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Se pone como ejemplo la preparacin de 50 ml de una solucin que contiene 0.3 frac. mol

de metanol y 0.7 frac. mol de agua.

Base de Clculo: 1 gmol.Metanol: 0.3 gmol*32.042 (ml/gmol)/0.791 (g/ml) = 12.152 ml

Agua : 0.7 gmol*18.015 (g/gmol)/0.998 (g/ml) = 12.636 ml

Volmen preparado: 12.152 ml de metanol + 12.636 ml de agua =24.788 ml de solucin.

Como se desean 50 ml de solucin, haciendo las proporciones correspondientes queda:

Metanol: 24.51 ml 24.5 ml

Agua: 25.48 ml 25.5 ml

De manera semejante, se hacen los clculos para saber los volmenes que se debe

mezclar de cada reactivo para preparar las dems soluciones.

3.- Procedimiento.

a).- Etiquetar cada frasco de acuerdo a la solucin que va a contener, cerciorndose

previamente que se encuentre limpio y seco.

b).- Vierta, de una bureta en cada uno de los 11 frascos, las cantidades correspondientes

de cada reactivo, para preparar la solucin marcada en la etiqueta.

- Obtencin de las densidades de cada solucin.

c).- Acomodar el equipo de acuerdo a la figura.

d).- Pesar el flotador suspendido por un hilo de la armadura: Waire.

e).- Depositar en la probeta, una cantidad suficiente de agua, de tal manera que el

flotador, suspendido del hilo en la armadura de alambre, quede totalmente sumergido.

Pesar nuevamente el flotador, pero ahora sumergido en agua: WH2O.


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f).- Determinar el empuje del flotador:

aguaaire WWE =

g).- Determinar el volumen del flotador, (=volumen de fluido desplazado y consultando la

densidad del agua en tablas a la temperatura de trabajo) usando el Principio de

Arqumedes:

agua

buzo

EV

=

h).- Repetir los pasos Nos. e y f usando, en vez de agua, cada una de las soluciones

preparadas, a fin de determinar el empuje sobre el buzo en cada solucin.

solairesol WWE =


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i).- Determinar la densidad de cada solucin, basndose en el Principio de Arqumedes:

buzo

solsol

V

E=

j).- Llenar la tabla de datos experimentales de acuerdo a las siguientes expresiones y

nomenclatura:

1=Ve

ii PMxPM )(*=

)(* PMVeV=

ii

idVxV =

idexVVVV ==


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TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

CH3

OH

(ml)

H2O

(ml)X1 E Den Ve PM V V

id Vex

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0


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Clculos.

1.- Grficas:

a).- V y Vidvs x1.

Volumen - concentracin

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

x1

V,Vid

(cc/gmol)


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20

b).- V vs x1.

Cambio de V - concentracin

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

x1

CambioV

(cc/gmol)

2.- Ajuste los datos experimentales a la expansin de Redlich-Kister por el mtodo de

mnimos cuadrados:

[ ]2212121 )()( xxCxxBAxxV ++=

Y la expresin para V es:


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22

8.- Grfica de resultados.

Compare esta grfica con la del punto 1.

Grfica con datos calculados

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

x1

VVidVmp1Vmp2


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Tarea.

1.- Para una mezcla gaseosa que obedece la ecuacin virial, Cul es la expresin

matemtica que da el volumen molar parcial de cada componente en la mezcla?

2.- La entalpa, a 25 C y 1 atm., de una mezcla binaria formada por las sustancias 1 y 2,

est dada por la ecuacin:

H = 100 x1 + 150 x2+ x1x2(10 x1+ 5 x2) cal/gmol

Para una solucin cuya composicin es x1= 0.4, determine:

a) H1y H2

b) 1H y 2H

c) El calor que se desprende o absorbe al preparar 2.5 gmol de esta solucin a partir de

los componentes puros.


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3.- A 30 C y 1 atmsfera el volumen de las soluciones formadas por benceno (b) y

ciclohexano (c) se encuentra por:

V = 109.4 16.8 xb 2.64 xb2 ml/mol

Si se mezclan 500 ml de b y 500 ml de c, encuentre:

a).- El volumen ideal y real de la mezcla.

b).- El volumen molar parcial de cada componente.

Observaciones y conclusiones.

Bibliografa.


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PRACTICA No. 3

EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR DE UN SISTEMA QUE OBEDECE LA LEY DE RAOULT.

Objetivos:

1.- Preparar una serie de soluciones de metanol(1)-isopropanol(2) de diferenteconcentracin.

2.- Determinar experimentalmente la temperatura de burbuja, a presin ambiente, de cadauna de las soluciones preparadas.

3.- Cuando las soluciones se encuentren en ebullicin, tomar una muestra de los vapores,

por anlisis determinar su composicin.

4.- A partir de las condiciones y datos experimentales, elaborar el diagrama de fases t vs

xy y la grfica y vs x.

5.- Determine la temperatura de burbuja y composicin de la fase gaseosa tericas de

cada solucin, usando el algoritmo apropiado que se deriva de la ley de Raoult.

6.- Elabore el diagrama de fases terico t vs xy y la grfica y vs x de acuerdo a los datos

obtenidos en 5.

7.- Por comparacin de los diagramas de fase elaboradas con los datos experimentales ytericos, observar que el sistema obedece la ley de Raoult.

Consideraciones tericas:

1.- Ecuacin de equilibrio lquido-vapor.


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Cuando un sistema multicomponente se encuentra en equilibrio en dos o ms fases, se

cumple:

a).- La temperatura de todo el sistema es uniforme y constante (equilibrio trmico).

b).- La presin en todo el sistema es uniforme y constante (equilibrio mecnico).

c).- El potencial qumico y por lo tanto la fugacidad parcial de cada componente es el

mismo en cada una de las fases (equilibrio termodinmico).

Para el caso en que las fases que forman el sistema en equilibrio sean las fases lquida y

vapor, la fugacidad parcial de cada componente en esas fases est dado por las

expresiones:

Fase lquida:

[ ]isatsat

iii

l

i PFPxf .. 1=

Fase vapor:

Pyfii

vap

i =

Igualando ambas expresiones, se obtiene la ecuacin general de equilibrio lquido-vapor

(mtodo Gamma-phi).

[ ]isat

i

sat

iiiii PFPxPy .. =

Si el sistema se encuentra a presiones bajas ( [ ] satiiiPF ,.. = 1), y si los componentes del

sistema son de constitucin qumica semejante i= 1, la ecuacin general de equilibrio

lquido- vapor adquiere su forma ms simple posible conocida como Ley de Raoult.


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sat

iii PxPy =

2.- Variables de un sistema en equilibrio.

Las variables de un sistema multicomponente en equilibrio est formado por las

composiciones en fraccin mol que tiene cada componente en cada una de las fases

adems de la temperatura y la presin; o sea:

Variables de la fase vapor: C - 1

Variables de la fase lquida: C - 1

Temperatura y presin: 2

Total de variables: 2 C

Donde C es el nmero de componentes del sistema.

La regla de las fases de Gibbs es una expresin que nos da el nmero de grados de

libertad (nmero de variables o datos) para que un sistema est definido (que fsicamente

exista):

F = C - + 2

Para el caso de un problema de equilibrio lquido-vapor ( (nmero de fases) = 2 ) se

observa que se debe conocer como mnimo una cantidad de datos igual al nmero de

componentes (C), siendo los dems las incgnitas.

3.- Problemas de equilibrio lquido-vapor (ELV).


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En la prctica, se puede encontrar una gran variedad de problemas de ELV, todos, sin

embargo pueden ser clasificados en cinco tipos bsicos:Problema ELV Nombre Datos Incgnitas

temperatura de

burbuja

presin, comp. fase

lquida

temperatura

comp. fase vaporPuntos de burbuja

presin de burbujatemperatura, comp.

fase lquida

presin, comp. fase

vapor

temperatura de

roco

presin, comp. fase

vapor

temperatura, comp.

fase lquidaPuntos de roco

presin de rocotemperatura, comp.

fase vapor

presin, comp. fase

lquida

evaporacin

instantnea (flash)

temperatura,

presin y comp.

global

comp. fase lquida y

vapor, (frac.

Vaporizada)

Desarrollo de la prctica.

1.- Sustancias y Materiales:

Metanol(1)

Isopropanol(2)

2 buretas

11 frascos de 100 ml

2 vasos de precipitados


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2.- Procedimiento:

a).- Preparar una serie de soluciones de metanol(1) e isopropanol(2), en las que la

concentracin del metanol(1) vare desde 0.0, 0.1,... 1.0 frac. mol.

b). Medir a cada solucin el indice de refraccin (), y elaborar una grfica de vs x1a la

que se llama: Curva de calibracin.

c).- Colocar la primer solucin en el recipiente del equipo, poner el recipiente sobre la

parrilla de calentamiento con una agitacin lenta, calentar el lquido hasta ebullicin,

esperar un momento para asegurarse que la temperatura sea contante y anotarla: es la

temperatura de burbuja.


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d).- De la protuberancia que tiene el equipo en el pie del refrigerante, que es un depsito

de condensado, tomar una muestra por medio de una pipeta delgada y una perilla,

depositndola en un tubo de ensayo previamente etiquetado, tapndola immediatamente.Para las soluciones que corresponden a las sustancias puras, no es necesario tomar

muestra de condensado.

e).- Repetir para cada solucin los pasos c y d.

f).- Esperar a que las muestras que contienen el condensado estn a la temperatura

ambiente para medir el indice de refraccin a cada una.g).- Con ayuda de la curva de calibracin elaborada en el paso b, determinar la fraccin

mol del metanol en los vapores, en el momento en que se dio el equilibrio lquido-vapor.

Curva de calibracin

1.32

1.33

1.34

1.35

1.36

1.37

1.38

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1


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h).- Llenar la tabla de datos experimentales:


ml de

metanol(1)

ml de iso-

propanol(2)X1 (lq) t (cond) Y1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0


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Clculos:

1.- Usando el algoritmo adecuado para clculos de temperatura de burbuja, a cadasolucin preparada del experimento, calcule la temperatura de burbuja y la composicin

de la fase gaseosa correspondiente usando la ley de Raoult.

Tabla de resultados del c}clculo de temperatura de burbuja para el sistema metanol(1)

- isopropanol(2) a la presin de 585 mm Hg.

FRAC MOL LQ.X1

TEMPERATURAC

FRAC. MOL VAPORY1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0


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2.- Elabore el diagrama de fases t vs xy y y x experimental y terico. Grafique los

datos t vs x(1), y(1) experimentales y los tericos calculados en 1).

3.- Por comparacin de los diagramas de fases experimental y terico, deduzca si elsistema metanol- isopropanol obedece la ley de Raoult.

Diagrama de fases experimental y terico

55

60

65

70

75

80

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

x1,y1

temperaturaC


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grfica x - y

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

x1

y

1


39/55

35

Tarea:

El sistema formado por benceno(1) y tolueno(2) en EVL obedece la ley de Raoult apresiones bajas y moderadas.

a).- Para una mezcla en EVL a 90 C y 1 atmsfera Cul es la composicin de cada fase?

b).- Si la composicin del benceno es x1= 0.55 y y1= 0.75 . Determine la temperatura y la

presin.

c).- Si se enfra una mezcla gaseosa de composicin y1= 0.3 hasta 100 C y 1 atmsfera

de presin total Qu fraccin de la mezcla se lica y cul ser su composicin?


Bibliografa


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36

PRACTICA No. 4

EQUILIBRIO LIQUIDO - VAPOR DE UNA SOLUCION NO IDEAL A BAJA PRESION

Objetivos.

1.- Preparar una serie de soluciones de cloroformo(1) y metanol(2); medir a cada una su

temperatura de burbuja y la composicin de los vapores, a presin atmosfrica.

2.- A partir de los datos experimentales, determinar el coeficiente de actividad (i) de cada

componente en cada solucin.

3.- Investigar el modelo de solucin (Margules o Van Laar) al que se ajusta el sistema.

4.- Corroborar el punto 3, elaborando los clculos correspondientes y comparando los

resultados con los datos experimentales.

Consideraciones tericas.

Vese la prctica No. 3.

La ecuacin de equilibrio a presiones moderadas se escribe:

sat

i

sat

iiiii PxPy =

... y a presiones bajas se reduce a:

sat

iiii PxPy =


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37

Expresin conocida como ley de Raoult modificada.

1.- Modelos de solucin de mezclas binarias.

Puesto que las propiedades de la fase lquida son insensibles a cambios moderados de

presin; la presin (P), T(Psat), xi,yi son cantidades susceptibles de ser medidas

experimentalmente. Si este es el caso para una solucin dada, entonces el coeficiente de

actividad de cada componente de la solucin puede obtenerse del experimento. En la

prctica esto es lo que se hace, los datos de i obtenidos se ajustan a ecuacionesmatemticas empricas o semiempricas como las de Margules , Van Laar y otras.

Ecuacin de Margules:

[ ])(2ln 12211122

21 AAxAx +=

[ ])(2ln 21122212

12 AAxAx +=

Ecuaciones de Van Laar:

2

221

112

121

1

ln

+

=

xA

xA

A

2

112

221

212

1

ln

+

=

xA

xA

A


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38

Conocidas las expresiones para obtener las i de un componente en una mezcla dada,

estas pueden ser usadas para la solucin de problemas de EVL a condiciones no

experimentadas, lo cual es un logro de la termodinmica.

2.- Modelos de solucin en mezclas multicomponentes.

Como consecuencia del anlisis de datos de ELV experimentales existentes para

sustancias de constitucin qumica semejante en solucin con otra de referencia, se ha

podido observar el efecto que cada grupo qumico constituyente de la sustancia tienesobre el comportamiento de la solucin.

A la luz de esta idea, una solucin se considera como una mezcla de ''grupos'' y no como

mezcla de sustancias. Esto ha permitido predecir los valores para los coeficientes de

actividad que una sustancia tiene en solucin para la que no se tienen datos

experimentales, basndose nicamente en el conocimiento de la constitucin qumica de

la sustancia.

Como ejemplo de mtodos de solucin predictivos usados en problemas de ELV para

mezclas multicomponentes se menciona el UNIFAC.

Desafortunadamente los mtodos predictivos an no son confiables,

y para usos prcticos, se deben validar en mayor o menor grado por el experimento.

Desarrollo de la prctica.

Como en la prctica No. 3.


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39


LQ T (C) X1 COND Y2 PSAT

1 PSAT2 1 2

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Las soluciones se preparan usando cloroformo(1) y metanol(2).


44/55

40

Curva de calibracin

1.32

1.34

1.36

1.38

1.4

1.42

1.44

1.46

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1


45/55

41

Clculos:

1.- Elabore el diagrama de fases t vs xy y y1vs x1experimentales.

Diagrama de fases experimental

40

45

50

55

60

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

x1 y1

temperatura

(C)


46/55

42

grfica x - y

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

x1

y1

2.- Grfica de las i x1

Por el mtodo llamado de dilucin infinita se obtienen los valores de los parmetros de

las ecuaciones de Margules (o Van Laar).

a) .- Extrapole la grfica de ln 1 a x1= 0 y obtenga A12.

A12=


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43

b).- Extrapole la grfica de ln 2a x2= 0 y obtenga A21.

A21=

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

3.- Utilizando:

- la ecuacin de Margules ( o Van Laar) con los valores de los parmetros encontrados

en 2).

- El algoritmo apropiado para clculos de temperatura de burbuja.


48/55

44

- La ley de Raoult modificada.

Determine la temperatura de burbuja a cada solucin preparada as la composicin de

sus vapores.TABLA DE RESULTADOS

Presin 585 mm Hg

x1t(C)

y1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0


49/55

45

4.- Elabore el diagrama de fases con los datos calculados en la misma hoja usada en(1) pero en diferente color. Observe la coincidencia de las grficas experimentales ycalculadas (si la coincidencia no es satisfactoria, rectifique los valores de los

parmetros).

Diagrama de fases, experimental y calculado

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

x1,y1

temperatura

(C)


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46

Tarea.

Para el sistema 1-propanol(1)-agua(2) se recomiendan los siguientes parmetros deWilson:

a12=775.48 a21=1351 cal/mol

V1= 75.14 v2= 18.07 cc/mol

A la temperatura de 93 C:

a).- Determine la existencia de azetropo.

b).- Determine la composicin del azetropo si lo hubiere.


Bibliografa


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47

PRACTICA No.5

EQUILIBRIO LIQUIDO-LIQUIDO

Objetivos:

1.- Mediante la preparacin de mezclas agua-cloroformo titulados con cido actico,

obtener los datos experimentales a fin de trazar la curva binodal o curva de equilibrio para

el sistema agua-cloroformo-cido actico.

2.- Mediante otra serie de experimentos trazar dos lneas de unin.

Consideraciones tericas:

Mismas de las practicas Nos. 3 y 4; extrapoladas a las fases lquido lquido.

Desarrollo de la prctica:

Material y reactivos

5 matraces erlemeyer con tapn de hule 2 matraces erlemeyer con tapn de hule

etiquetados pesados y etiquetados

2 matraces erlemeyer con tapn de hule pe- 1 probeta de 100 ml

sados y etiquetados

1 balanza 3 buretas de 50 ml cargadas con cido

1 buretas de 50 ml cargadas con clorofor- acticomo

1 buretas de 50 ml cargadas con agua 2 pipetas graduadas de 10 ml

Procedimiento:

A.- Construccin de la curva de equilibrio.


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48

Primer punto de la grfica.

1.- En un matraz colocar 45 ml de agua y 6.5 ml de cloroformo.

2.- Agregar cido actico en porciones de 10 ml hasta completar 40 ml, al agregar cadaporcin agite vigorozamente y observe. Al agitar el matraz, ste debe estar tapado con

el tapn de hule y el experimentador protegido con sus lentes de seguridad.

3.- Contine agregando cido en pequeas cantidades (dcimas de ml gotas) hasta

lograr una solucin (clara y transparente como el agua).

4.- Anota los volmenes de agua(1), cloroformo(2) y cido actico(3), usando densidades

convirtalos a gramos y calcule el % peso de cada uno. Localice en la grafica el punto que

representa el sistema.

Segundo punto de la grfica.

1.- En otro matraz colocar 25 ml de agua y 17 ml de cloroformo.

2.- Agregar cido actico en porciones de 10 ml hasta completar 40 ml, al agregar cada

porcin agite y observe.

3.- Contine como lo indican los pasos 3 y 4 del primer punto.

Tercer punto de la grfica.

1.- En un matraz colocar 10 ml de agua y 33 ml de cloroformo.

2.- Agregar cido actico en porciones de 10 ml hasta completar 30 ml, al agregar cada

porcin agite vigorozamente y observe.

3.- Haga lo indicado en 3 y 4 del primer punto.

Cuarto punto de la grfica.

1.- En un matraz coloque 80 ml de agua, 20 ml de cido actico y 2 ml de cloroformo.2.- Agite y observe. Si hay 2 fases (por la turbidez y la fase ms densa, rica en

cloroformo, yace en el fondo del matraz como una pequea esfera) , agregue porciones

muy pequeas de cido actico, agitando y observando, hasta logra una solucin.

3.- Haga lo indicado en 4 del primer punto.

Quinto punto de la grfica.


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49

1.- En un matraz coloque 3 ml de agua, 20 ml de cido actico y 50 ml de cloroformo.

2.- Agite y observe. Si observa 2 fases, agregue porciones muy pequeas de cido

actico, agitando y observando, hasta logra una solucin.3.- Haga lo indicado en 4 del primer punto.

B.- Trazado de las lneas de unin:

Preparacin de un sistema en dos fases:

Primera lnea de unin. En la probeta graduada prepare la siguiente solucin; ya

preparada agite con cuidado usando un agitador magntico cuidando de no perder

muestra. Djela reposar.

Total

wgmlacetacido

wgmlcloroformo

wgmlagua

%5.23:.

%20:

%45:

==

==

==

La solucin se separa formando dos fases. Observe y anote el volumen de cada fase.

Tome de cada fase una alcuota de 10 ml y colquelas en sendos matraces erlemeyerpreviamente pesados, vulvalos a pesar con la muestra. Por diferencia de pesadas

obtenga el peso de la muestra y de ah la densidad de cada fase. En seguida, con una

solucin de NaOH valorada, titule cada alcuota para obtener el contenido de cido.

Ttulo de Solucin de NaOH usada: ____ ml de NaOH = ___ ml de cido actico.

Fase superior:Alcuota.

Volumen: 10 mlPeso de la muestra: _____ gDensidad: _____ g/mlNaOH gastado: ____ ml

Acido actico en la alcuota:


54/55

50

% cido actico:

Fase inferior:

Alcuota.

Volumen: 10 mlPeso de la muestra: _____ gDensidad: _____ g/mlNaOH gastado: ____ ml

Acido actico en la alcuota:

% cido actico:

Segunda lnea de unin.Igual que la anterior, pero la solucin inicial es:

mlaceticoacidoymlcloroformomlagua 2025,35


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