DIFUSIVIDAD DE GASES Y LIQUIDOSOBJETIVOS Familiarizar a los alumnos con los fenmenos de transferencia de masa. Dar a conocer la metodologa para el clculo del coeficiente de difusividad y determinacin de la velocidad de difusin de un gas Comparar los valores obtenidos experimentalmente con los valores encontrados en la bibliografa.INTRODUCCIONLa constante de proporcionalidad de la ecuacin de Fick (DAB), se conoce con el nombre de coeficiente de difusin. El coeficiente de difusin depende de la presin de la temperatura y de la composicin del sistema. Como es de esperar, de acuerdo con la movilidad de las molculas, los coeficientes de difusin son generalmente mayores en los gases (, que en relacin con los lquidos (entre los valores (, que son mayores a los valores obtenidos en relacin con los slidos (.Para los Gases:Para mezclas gaseosas binarias a baja presin DAB es inversamente proporcional a la presin, aumenta con la temperatura y es casi independiente con la composicin, para una mezcla de dos gases determinados. A presiones elevadas DAB, ya no disminuye linealmente con la presin. En realidad, se sabe muy poco acerca de la variacin de la presin, excepto en el caso lmite de la auto difusin que se puede investigar muy bienexperimentalmente utilizando trazadores isotpicos. Para los lquidos:Resulta evidente que la velocidad de difusin molecular en los lquidos es mucho menor que en los gases. Las molculas de un lquido estn muy cercanas entre s en comparacin con las de un gas, por lo tanto, las molculas del soluto A que se difunden chocaran contra las molculas del lquido B con ms frecuencia y se difundirn con mayorlentitud que en los gases. En general, el coeficiente de difusin es de un orden de magnitud 105 veces mayor que en un lquido. No obstante, el flujo especfico en un gas no obedece la misma regla, pues es slo unas100 veces ms rpido, ya que las concentraciones en los lquidos suelen serconsiderablemente mselevadas que en losgases. Las molculas de un lquido estn ms prximas unas de otras que en los gases, la densidad y la resistencia a la difusividad en aqul son mucho mayores. Adems, y debido a esta proximidad de las molculas, las fuerzas de atraccin entre ellas tienen un efecto importante sobre la difusin. Una diferencia notoria de la difusin de los lquidos con respecto a los gases es que las difusividad suelen ser bastante dependientes de la concentracin de los componentes que se difunden.MARCO TEORICODIFUSIONDifusin de tomos y molculas es el mecanismo ms importante de transferencia de materia, en slidos.Difusin al igualar al equilibrio el potencial qumico lleva el sistema al equilibrio termodinmico.

DIFUSIN: TRANSPORTE DE MATERIA Difusin corresponde al movimiento microscpico de tomos y molculas. Esta es presente en todos los estados de agregacin de la materia. Conveccin corresponde al movimiento de largo alcance de materia, y ocurre principalmente en fases fluidas. En fluidos, los transportes difusivos y conectivos estn generalmente combinados. En slidos, difusin es el principal mecanismo de transferencia de materia.

DIFUSIN: CONCENTRACIN Y POTENCIAL QUMICO Difusin ocurre debido a un gradiente en el potencial qumico (no necesariamente concentracin). Difusin, en ausencia de un campo externo (adems de composicin), es un proceso espontneo, por lo tanto, siempre ocurre por una reduccin en la energa libre de Gibbs. (En direccin al equilibrio). La intensidad de la difusin es medida por el flujo J, definido como la cantidad de difusante que pasa a travs de una seccin de area. El flujo es una cantidad vectorial. Las unidades de flujo de materia [masa (cantidad de materia)/rea-tiempo]. Ej. [gm/cm2-sec], [kg/m2-sec], [mole/ m2-sec].

DIFUSIN: 1RA LEY DE FICK La 1ra ley de Fick es una relacin emprica descubierta en 1855

En una dimensin en coordenadas cartesianas,

El coeficiente de difusisidad, D, es una propiedad del material relacionando el flujo de materia con el gradiente de concentracin.

La ley de Fick es una observacin emprica, basada en observacin experimental y no derivada de relaciones fundamentales. Sin embargo, se puede justificar a partir de la termodinmica del proceso de difusin.

El potencial qumico de una solucin puede ser escrito como,

El gradiente del potencial qumico puede ser escrito como (para 1-D Cartesiano),

Si el sistema es isotrmico entonces, (dT/dx)=0, el gradiente del potencial qumico queda como:

El flujo de tomos se define como la cantidad de materia que pasa en una unidad de rea del material en una unidad de tiempo. Esto puede ser escrito como el producto de la concentracin y la velocidad de arrastre atmico (atomic drift velocity), La velocidad promedio del tomo puede ser predicha a travs de la movilidad atmica, M, y una fuerza generalizada, que produce movimiento. V=F.MEsta fuerza generalizada es proveniente de algn potencial. En nuestro caso usaremos el potencial qumico:

Sustituyendo el gradiente de potencial qumico en la expresin para el flujo, Usando la definicin del gradiente de potencial qumico, podemos considerar, De esa manera se puede relacionar el potencial qumico con la concentracin, a travs de la actividad. De lo anterior se puede asumir que para soluciones diluidas (o muy concentradas) el termino actividad es (aproximadamente) proporcional a la concentracin. Eso permite definir la proporcionalidad como, D = MRgT

As se puede conecta la difusividad con respecto a la concentracin, considerando el potencial qumico como fuerza impulsora.

DIFUSIN: CONCENTRACINGeneralmente la distribucin de tomos C(x, t,), depende de la posicin, x, y tiempo, t. Note que la primera ley de Fick no permite establecer C(x, t,). (Recordar Ley de Fourier y Temperatura).

MATERIALES Y EQUIPOSAlcohol etlico 96 (reactivo muy voltil)Probeta de 100mlReglaMETODOLOGIA1. Llenar en la probeta los 100ml del alcohol de 962. Medir la distancia desde la superficie de la probeta hasta su lnea de medida.3. Repetir la misma operacin (de medicin) por tres das y anotar.

ESQUEMAS

RESULTADOS

HORADISTANCIA

T0= 8:55L0=5.7

T1= 8:59L1=6.1

T2= 6:46L2=6.6

T3= 10:10L3=6.9

TIEMPO(s)L(cm)L-L0 (cm)[t/(L-L0)] s/cm

864006.10.4216000

1648206.60.9183133.33

2634606.91.1239509.09

Presin del vapor de etanol:Presin de ETANOL a 30C= 65.3 TORRDe la ecuacin de la rectaY= 14485x + 201293Entonces se concluye que:b= 14485a=201293La densidad del etanol de 96 a T= 30 + 273= 303K El Pb2= Patm= 1 atm = 760 TORREl Pb1= Patm Palcohol = 760 - 65.3= 694.7 TORRLa presin media logartmica de B es:

Ahora encontrar Dab en funcin a la presin:

DISCUSIONCUESTIONARIO