difliquid(2)

EXPERIMENTACI EN ENGINYERIA QUMICA I

DIFUSIVITAT EN UN LQUID

10 pgines

Data: 08/04/2013

Noms: Alberto Cnovas-Lpez

Catalina-Gabriela Radu

Torn i Grup : Torn 3/ Grup 9

Experimentaci en Enginyeria Qumica I

Difusivitat en un lquid

2

NDEX

1. Resum .......................................................................... 3

2. Resultats i discussi .......................................................................... 4 -6

3. Conclusions ........................................................................... 7

4. Bibliografia ........................................................................... 8

5. Apndix ........................................................................... 9-10

5.1 Clcul dels grams de NaCl necessaris per preparar la soluci 2M............................... 9

5.2 Clcul del coeficient de difusi de NaCl en aigua a partir de lequaci 3...................... 9

5.3 Clcul derror del coeficient de difusi experimental.................................................. 9

5.4 Dades teriques i experimentals necessries per calcular els pendents dels

grfics 1 i 2.............................................................................................................................. 9-10



3

1.Resum

En aquesta prctica, l'objectiu principal ha estat mesurar, experimentalment, el coeficient de difusi o la difusivitat del NaCl (sal comuna) en aigua. Mitjanant un tanc d'un litre de capacitat aproximadament i una cella de difusi, el NaCl s'ha anat difonent en l'aigua destillada del tanc a l'inici, de manera que la conductivitat elctrica ha anat variant amb el temps. En primer lloc, s'ha preparat una dissoluci 2 M de NaCl de 500 ml. Hem calculat els grams de sal necessaris, 58,44 grams, els hem pesat i els hem dissolt en aigua destillada en un vas de precipitat (menys de 500 ml). Desprs, amb un embut alemany, hem passat la dissoluci a un matrs aforat de 500 ml. Finalment, hem enrasat amb aigua destillada el matrs a la lnia de 500 ml i l'hem agitat b. Un cop preparada la dissoluci, hem comprovat si realment era 2 M, ja que la seva conductivitat hauria de ser de 135 mili-Siemens per centmetre (mS/cm). Hem calibrat el conductmetre amb un patr i hem mesurat la conductivitat de la dissoluci, donant un valor de 132,4 mS/cm. Posteriorment, hem tornat a calibrar el conductmetre amb la sonda de conductivitat d'aquest en l'ordre de micro-Siemens, i l'hem fixat a dintre del tanc amb la rosca ben forta per no perdre aigua. Llavors, hem afegit aigua destillada en el tanc i la conductivitat era d'uns 2 uS/cm. Hem omplert la cella de difusi amb la dissoluci 2 M de NaCl, eliminant totes les bombolles que podrien impedir la difusi del lquid a travs de les perforacions de la cella amb una xeringa. Finalment, s'ha fixat la cel.la a la platina del tanc ben recta i sense que caigui dissoluci. Hem afegit una mosca magntica al tanc, i hem posat en marxa l'agitaci. S'ha anat afegint aigua destillada al tanc fins uns 4 o 5 mm per sobre la cella i, a partir d'aqu, hem encs el cronmetre i s'ha comenat a enregistrar la conductivitat al tanc cada 5 minuts durant 70 minuts. En acabar, hem mesurat el volum del lquid del tanc en una proveta donant 915 ml.



4

2.Resultats i discussions

Els primers resultats1 exposats corresponen a una grfica on es pot observar la variaci de la

conductivitat duna soluci de NaCl en funci de la concentraci molar. A continuaci es

mostra el segent grfic:

Grfic 1. Variaci de la conductivitat amb la concentraci

Es pot determinar observant el grfic 1, que a mesura que augmenta la concentraci de sal, la

conductivitat augmenta a causa dun increment de la quantitat dions (electrlits) en la soluci,

la qual es conductora de lelectricitat.

Com es pot observar la variaci s lineal, per tant, podem determinar lequaci duna recta,

que t el segent pendent:

(Conductivitat)= bCNaCl (Concentraci) + a (CNaCl) =0,0107CNaCl + 0,0088 Eq. 1- Equaci de la conductivitat en funci de la concentraci

Pendent: b=0,0107 (Sm2/mol)

on les unitats vindrien donades per Conductivitat/Concentraci en allar b de lequaci.

1-veure la Bibliografia 1 ( pgina 8 )

y = 0,0107x + 0,0088 R = 0,9995

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120

Co

nd

uct

ivit

at (

S/m

)

Concentraci (mol/m^3)

Evoluci de la conductivitat respecte a la concentraci

Con



5

En segon lloc, es mostra un grfic que determina la variaci de la conductivitat elctrica amb el

temps en lexperiment dut a terme en aquesta prctica.

Grfic 2. Variaci de la conductivitat amb el temps

En observar el grfic 2 podem veure que la conductivitat varia de forma lineal amb el temps.

Tot i aix, veiem que la conductivitat no varia linealment duna forma perfecta, sin que va

oscillant amb el temps. Aix, pot ser degut a que la sonda de conductivitat no estava

perfectament calibrada o a que el conductmetre tenia un error de mesura.

A ms, el procs de muntatge va poder influenciar alhora de prendre mesures en lexperiment,

ja fos per un error en la preparaci de la soluci de NaCl que ens va quedar una mica ms

dilut, pesar els grams requerits, moviments a la zona de treball o que lagitaci magntica no

fos constant.

Aleshores, un cop representat el grfic 2 i sabent que la conductivitat en funci del temps es

comporta de forma lineal, podem escriure lequaci que tenim com,

= ct (Temps) + a (t) = 210-6 t + 0,0007 Eq. 2.a - Equaci de la conductivitat en funci del temps

Com necessitem la part el ms lineal possible, eliminem el primer valor del grfic 2, i obtenim

la segent equaci: (t) = 110-6t+ 0,0008 Eq. 2.b - Equaci de la conductivitat en funci del temps corregida

On derivant obtenim el pendent de lequaci,

c =

= 110-6 S/(ms)

On les unitats de c venen donades per la derivada conductivitat respecte el temps.

y = 2E-06x + 0,0007 R = 0,9938

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0 1000 2000 3000 4000 5000

Co

nd

uct

ivit

at (

S/m

)

Temps (s)

Evoluci de la conductivitat respecte el temps

Evoluci de laconductivitatamb el temps



6

Avaluats els resultats experimentals junt amb les dades extretes, podem plantejar una equaci

per al clcul del coeficient de difusi del NaCl en aigua,

DNaCl-H2O =

Eq.3-Coeficient de difusi

Llavors, a partir de lequaci 3 i les dades extretes de la prctica, presentem la taula segent

amb totes les dades necessries per al clcul de DNaCl-H2O :

Taula 1. Dades i relaci

Dades Relaci

V Volum de lquid al tanc np Nombre de perforacions Lp Longitud de perforacions dp Dimetre de les perforacions

CNaCl cella Concentraci de NaCl b Pendent grfic 1

Pendent grfic 2

Substituint les dades a lequaci 3 obtenim un coeficient de difusi,

DNaCl-H2O = 2,2510-9 m2/s

El coeficient de difusi de la sal a travs de laigua en el nostre experiment s, per tant, de

2,2510-9 m2/s.

A continuaci es mostra una taula amb el valor del coeficient teric2 i el experimental:

Taula 2.Comparaci del resultat teric amb lexperimental

Coeficient de difusi teric Coeficient de difusi experimental

1,48410-9 (m2/s)

2,2510-9 (m2/s)

El valor teric s ms petit que el valor experimental. Amb aix, veiem que hi ha un error

51,6 %.

Aquest error ve donat en gran part pels errors esmentats en el clcul de

del grfic 2, que

han fet variar aquest pendent c, i per la mesura al final del experiment del volum V en una

proveta que tenia un error de .

2- veure la Bibliografia 2 ( pgina 8)



7

3.Conclusions

Per acabar, podem fer un resum dels resultats experimentals obtinguts.

El coeficient de difusi de la sal en aigua ens donava un valor de 2,2510-9 m2/s

aproximadament amb un error del 51,6 % respecte al valor teric.

Per realitzar tots aquests clculs, hem necessitat lavaluaci del pendent de levoluci de la

conductivitat respecte a la concentraci i respecte al temps, la mesura del volum del lquid, les

dimensions de la cella, i la concentraci terica de NaCl de la soluci preparada.

Aquests clculs de dades ens han creat una srie derrors desviant el resultat experimental

quasi dues vegades del valor real.

A ms, sha de dir que shavia danar amb molta cura alhora de treure les bombolles de la cella

de difusi ja que sin el lquid no es difonia totalment i shavien de treure un cert nombre de

perforacions np 3 en el clcul de la difusivitat, ja que sin lerror del coeficient seria molt ms

gran.

3 -veure Apndix taula 3 ( pgina 8 )



8

4.Bibliografia

1-CRC Handbook of Chemistry and Physics, 92nd Edition, Internet version 2012.

http://www.hbcpnetbase.com/

2-Antonio Crespo Martnez,Mcanica de fluidos, Parafino Thomson S.A., Madrid 2006.

3- Conductividad en disoluciones electrolticas.

http://www.uv.es/qflab/2012_13/descargas/cuadernillos/qf1/castellano/Teoria/Conductivida

d-F.pdf



9

5.Apndix

5.1 Clcul dels grams de NaCl necessaris per preparar la soluci 2M

500 mL dissoluci

= 58,44 g NaCl

5.2 Clcul del coeficient de difusi de NaCl en aigua a partir de lequaci 3:

Taula 3. Dades i valors utilitzades en lequaci 3

Dades Valors

Volum (V) 0,000915 m3

Nombre de perforacions (np) 121 Longitud de perforacions (Lp) 0,005 m

Dimetre de les perforacions(dp ) 0,001 m Concentraci de NaCl (CNaCl cella) 2000 mol/m

3

b 0,0107 (Sm2/mol)

110

-6 (S/(ms))

DNaCl-H2O = ( )

110-6 (

) = 2,2510-9 m2/s

5.3 Clcul derror del coeficient de difusi experimental :

% error =

=

(

) (

)

(

)

100 = 51,6 %

*Diferncia en valor absolut

5.4 Dades teriques i experimentals necessries per calcular els pendents dels grfics 1 i 2

Taula 4. Dades teriques de la conductivitat respecte la concentraci 4

Concentraci (mol/m3) C

(Sm2/mol) Conductivitat (S/m)

0,5 0,012444 0,006222 1 0,012368 0,012368 5 0,012059 0,060295

10 0,011845 0,11845 20 0,01157 0,2314 50 0,011101 0,55505

100 0,010669 1,0669

- Les dades daquesta taula han servit per fer el grfic 1.

4- veure en la Bibliografia 1 (pgina 8 )



10

A partir de les dades del equivalent de conductivitat dels electrlits en solucions aquoses () es calcula la conductivitat () de la taula 4 amb la segent equaci 5 :

=

= C Eq. 4- Clcul de la conductivitat

Taula 5. Dades experimentals de la conductivitat respecte al temps

Temps (s)

Conductivitat (S/m)

0 0,0002 355 0,00115 600 0,00157 900 0,00212

1200 0,00261 1500 0,00306 1800 0,00351 2100 0,00392 2400 0,00434 2700 0,00474 3000 0,00519 3300 0,00561 3600 0,00598

3900 0,00639 4200 0,00682

- Les dades daquesta taula han servit per fer el grfic 2.

5- veure la Bibliografia 3 ( pgina 8 )

difliquid(2)

Documents