Universidad Nacional Mayor de San MarcosUniversidad del Per, DECANA DE AMRICA

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICADEPARTAMENTO ACADMICO DE FISICOQUMICALABORATORIO DE FISICOQUMICA II

Equilibrio liquido-vaporPROFESOR:Huapaya Barrientos JosALUMNOS: Barboza Mendoza, Jose Carlos CDIGO: 13070088 Pinedo Taquia Adeir CDIGO: Lorenzo Quispe Angel benjamin CDIGO: 13070044

Fecha de realizacin de la prctica: mircoles 29 de abril 2015Fecha de entrega del informe: mircoles 06 de mayo 2015

Lima-Per2015- I

NDICE

1Resumen32Introduccin43PRINCIPIOS TERICOS54.DETALLES EXPERIMENTALES65. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS76 RESULTADOS Y PORCENTAJE DE ERROR.107 CALCULOS118 DISCUSIN DE RESULTADOS..139 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES1410 BIBLIOGRAFIA1511 APENDICE16

RESUMENLa presente practica tuvo por objetivo determinar y establecer el diagrama temperatura vs la composicin y el diagrama x-y de una mezcla liquida de dos componentes. Se registr 756 mmHg, 22C y 98% para la presin atmosfrica, temperatura y humedad relativa respectivamente; siendo estas las condiciones a las que se trabaj.Para conseguir nuestro objetivo primero armamos el equipo de punto de ebullicin aadiendo en esta 25mL de agua y aadiendo progresivamente cantidades de 1,3,5,8,9,10 mL de 1-propanol, para cada aumento de alcohol se tomara muestras de 1mL del lquido del destilado y 1mL de lquido del residuo, esta operacin tambin se realiza de manera inversa, aadiendo 25mL de 1-propanol y cantidades progresivas de agua en cada obtencin de muestra de residuo y destilado. Se obtendr en total 24 muestras de soluciones, cada una ser llevada al refractmetro para conocer su ndice de refraccin. Se medir aparte el ndice de refraccin de volmenes distintos de agua y alcohol con la finalidad de determinar la composicin las mezclas.A partir de los datos calcularemos el %molar del componente ms voltil de cada una de lasmezclas preparadas al final, construiremos una grfica curva de ndice de refraccin vs % molar del componente ms voltil, determinaremos el % molar del componente ms voltil de cada una de las 24 muestras de destilado y residuo, construiremos la grfica x-y, y construiremos el diagrama temperatura composicin. Teniendo todo estos grficos y resultados, calcularemos la composicin y temperatura azeotropica obteniendo as un valor experimental de 0.5467 con un error de 26.55%.Al trmino de la prctica se lleg a la conclusin de que la temperatura de ebullicin de una solucin es un parmetro dependiente de la composicin y temperatura del sistema.

INTRODUCCIONEl equilibrio entre el vapor y el lquido de un compuesto est representado por la relacin de moles de vapor y lquido a una temperatura determinada, tambin puede estudiarse este equilibrio a partir de suspresiones de vapor. La solucin ideal se define como aquella que obedece la Ley de Raoult en todo intervalo de concentraciones.

Nosotros podemos representar grficamente esta relacin a partir de un diagrama de fase T vs composicin, el establecer e interpretar esta grafica son muy importantes ya que obtenemos un sinfn de datos a partir de esta como saber cuntas destilaciones son requeridas para separar un compuesto o llevarlo a un punto de elevada concentracin, nos permite conocer la temperatura de ebullicin de una solucin a distintas concentraciones, nos permite saber la relacin y concentracin de una solucin de un destilado con la del residuo.

Como puede verse el diseo de los diagramas T composicin son una gran herramienta para el ingeniero qumico que trabaja en la industria petroqumica, cervecera, refinado, entre otros.

PRINCIPIOS TEORICOSSoluciones ideales.-Se conocen a las soluciones ideales aquellas soluciones que cumplan la ley de Raoult, la cual establece que la relacin entre lapresin de vaporde cada componente en unasolucin ideales dependiente de la presin de vapor de cada componente individual y de lafraccin molarde cada componente en la solucin.Soluciones reales.-Estos tipos de soluciones no obedecen a la ley de Raoult para todo el intervalo de su composicin. Se admiten dos tipos de desviaciones de la ley de Raoult: desviacinpositivaydesviacinnegativa.Mezclas Azeotropicas.-Es una mezclalquidade dos o mscompuestos qumicosque hierven a temperatura constante y que se comportan como si estuviesen formadas por un solo componente.ndice de refraccin.- Es una medida que determina la reduccin de lavelocidad de la luzal propagarse por un medio homogneo. De forma ms precisa, el ndice derefraccines el cambio de la fase por unidad de longitud, esto es, elnmero de ondaen el medio () serveces ms grande que el nmero de onda en elvaco().Refractmetro.-Es un instrumento que permite obtener una medicin del ndice de refraccin de un lquido depositndolo sobre una superficie de vidrio, colocndolo en un dispositivo ptico, y ajustando un botn para conducir una placa iluminada hacia el centro de un retculo.

DETALLES EXPERIMENTALES4.1.Determinacin de los puntos de ebullicin del sistemaa) Arme el equipo especial para puntos de ebullicin, que consta de un baln de 125mL, un refrigerante de reflujo, un separador para retirar destilado, el equipo debe estar completamente limpio y seco.b)Coloque aproximadamente 25mL de A en el baln y ponga el termmetro de tal manera que su bulbo quede sumergido hasta la mitad del lquido.c) Caliente lentamente la muestra hasta obtener una ebullicin vigorosa a temperatura constante. Evite sobrecalentamientos, lea y anote la temperatura de ebullicin.d) Tome con una pipeta una muestra de aproximadamente 1mL del residuo en un tubo limpio y seco, tape y marque adecuadamente el tubo, al mismo tiempo extraiga todo el destilado del separador, en otro tubo seco, devuelva el exceso de destilado al baln hasta quedarse con aproximadamente 1mL, tape y marque.e) Aada cada incremento de la tabla 1 y repita los pasos c), d) para cada incremento.f) Lave y seque el baln. Coloque aproximadamente 25mL de B y repita los pasos b), c), d), e).4.2 Determinacin de la composicin de las mezclasa)En tubos con tapn de corcho prepare 3mL de las mezclas indicadas en la tabla N1, midiendo las temperaturas de A y B.b) Mida el ndice de refraccin de las mezclas preparadas en a).c) Mida el ndice de refraccin de cada una de las muestrasde destilado y residuo, obtenidas en 4.1. Use acetona para limpiar el refractmetro.

Tabulacin de datos y resultadosTabla N1: condiciones del laboratorio

7562298

Tabla N2: datos experimentalesTabla 2.1: Para 20mL de agua con incrementos de 1-propanolNumero de incrementoVolumen deIncremento de1-propanol (ml)Tebullicin(C)n (ndice de refraccin)

DestiladoResiduo

Agua destilada 99.61.33711.3371

11.0961.35751.3392

23.095.51.36651.3387

35.0901.37371.3419

48.090.51.37581.3553

59.089.51.36831.3637

610.0891.37351.3731

Tabla 2.2: Para 20mL de 1-propanol con incrementos de aguaNumero de incrementoVolumen deIncremento deAgua destilada(ml)Tebullicin(C)n (ndice de refraccin)

DestiladoResiduo

1-propanol 951.38451.3841

10.493.31.38421.3839

20.4911.38291.3846

30.489.51.38161.3841

40.588.51.38111.3835

50.5871.38031.3832

60.586.81.37911.3817

70.586.51.37841.3804

TABLA N3: Datos tericosTabla 3.1: Datos tericos para el agua y el 1-propanol

0.99713100181.3334

0.8034097.2601.3860

Tabla 3.2: Datos tericos para el azetropo88.1C

Perrys Chemical Engineers Handbook 8Th Edition. Don W.Green, Robert H.PerryGrafica1: de la cual hallaremos las fracciones molares del componente ms voltil

Haciendo aproximaciones la ecuacin resultante para la grafica esta dada:y = -0,083x6 + 1,021x5 - 2,525x4 + 2,623x3 - 1,357x2 + 0,373x + 1,333Reemplazando los valores de los ndices de refraccin (id) resulta la siguiente tablaTabla N5: datos para la grafica Tabla 5.1: solucin De agua con incrementos 1-propanolTeb(C)XA(1-propanol)

Destilado (vapor)Residuo (liquido)

99.60.01140.0114

960.09090.0177

95.50.15390.0162

900.25350.0262

90.50.30710.0795

89.50.17200.1305

890.24930.2412

`Tabla 5.2: solucin De 1-propanol con incrementos aguaTeb(C)XA(1-propanol)

Destilado (vapor)Residuo (liquido)

950.98320.9629

93.30.96910.9453

910.58810.9871

89.50.52840.9629

88.50.50740.6210

870.47460.6039

86.80.42650.5327

86.50.39890.4787

Resultados y porcentaje de errorTabla 4.1: ndices de Refraccin de los lquidos purosComponente% Error

Agua1.33341.3352-0.13499%

1-propanol1.38601.38430.12266%

Tabla 4.2: Temperaturas de ebullicin de los lquidos purosComponente % Error

10099.60.42%

97.5952.5641%

Tabla 4.3: porcentaje de error para la mezcla azeotropica

MezclaTemperatura de ebullicin tericaFraccin molar tericaTemperatura de ebullicin experimentalFraccin molar experimental% Error para la temperatura de ebullicin% Error para la fraccin molar

azeotropica88.10.43289.50.5467-1.59-26.55

Clculosa) Construya el diagrama x-y para el sistema (composicin en el vapor vs composicin en el liquido) en funcin del componente mas voltil Con los datos ya calculados la grafica composicin en el vapor vs composicin en el lquido seria:

b) Construya el diagrama T-composicin del sistema A-B (T vs X e Y)De los datos ya obtenidos la grafica ser:

c) Basndose en los diagramas anteriores determine la composicin y temperatura de ebullicin de la mezcla azeotropica. Compare estos valores con los tericos.De las tablas y graficas se determina que en el punto azeotropico se da a la temperatura de 89.5 C con una composicin de 0.5467 de 1-propanol.

Discusin de resultados Podemos observar que los porcentajes de los errores se incrementan en la solucin de 1-propanol con aumentos de agua debido a que el 1-propanol es muy inflamable fcilmente evaporable y se perda concentracin de esta manera. En la solucin de 1-propanol con aumentos de agua se sacaba mas muestra en conjunto (destilado y residuo) de la agregbamos por ende en volumen iba disminuyendo por lo que la concentraciones disminuan En la solucin de agua con aumentos de 1-propanol se agrego mas muestra de la que sacbamos por ende llego a aumentar su volumen con respecto a la inicial. De igual manera que en la solucin de 1-propanol con aumentos de agua, la solucin de agua con aumentos de 1-propanol se perda concentracin con la evaporacin y la combustin del 1-propanol; a medida que se aumentaba 1-propanol.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Un diagrama temperatura vs composicin nos muestra que el vapor se enriquece con el componente ms voltil (de punto de ebullicin ms bajo).

Podemos separar una mezcla lquida por destilacin cuando la composicin del vapor sea diferente a la composicin del lquido del cual proviene.

Una mezcla azeotrpica es aquella que presenta un punto de ebullicinms alto o ms bajo que el de sus componentes, estas mezclas no se pueden separar por destilacin fraccionada ya que el vapor que se forma presenta composicin igual que el lquido de que proviene; es decir la composicin del destilado es igual a la del residuo.

Las temperaturas a tomar en cuenta en la determinacin de los puntos de ebullicin es aquella en la que se presenta el primer destilado.

Cada vez que tomamos el ndice de refraccin de una muestra debemoslimpiar los prismas del refractmetro empleando acetona.

Para obtener una buena lectura de las muestras a analizar se recomienda lavar y secar en la estufa todo el material de vidrio, ya que de estar sucio no obtendremos una lectura correcta en el refractmetro.

BIBLIOGRAFIA

Gastn Pons Muzzo Primer Curso de Fisicoqumica, impreso en TalleresTipogrficos de la UNMSM, Primera edicin, Lima, 1956, Pginas: 195, 202-206.

Nerbert A. Lange Handbook of Chemistry, editorial Mc GrawHill, DcimaEdicin, Nueva York, 1961,Pginas: 1676,1277,1110,1477.

Gilbert W. Castellan Fsicoquimica, Addison Wesley Iberoamrica, Segunda Edicin, 1987.

APNDICECUESTIONARIO

1.- Para las mezclas lquidas binarias ideales, explique la aplicacin de las leyes de Dalton y Raoult.

Supngase que dos lquidos, A1 y A2 sean voltiles y completamente miscibles, y admtase adems que los dos lquidos se disuelven uno en otro para formar soluciones ideales. Como las soluciones son ideales entonces se obtiene:

P1 = X1 P01 P2 = X2 P02 Estas ecuaciones son expresiones de la ley de Raoult, que establece que la presin parcial de vapor de un componente voltil de una solucin es igual a la presin de vapor del componente puro multiplicado por la fraccin molar de ese componente en la solucin. A partir de estas ecuaciones la presin total de vapor P, en dicha solucin es:

P = P1 + P2p = X1 P01+ X2 P02

Las relaciones anteriores que demanda la ley de RAOLUT se aplican a las presiones de vapor totales y parciales como funcin de las fracciones molares de los componentes en solucin. Para obtener la relacin entre la composicin de una solucin y la composicin de una solucin y la composicin del vapor encima de ella, sea Y2 la fraccin molar de A2 en el vapor sobre una solucin de composicin X2 .Entonces, de acuerdo con la ley de las presiones parciales de DALTON :

Y2 = P2/P

2.- Explique la solubilidad de los gases en los lquidos. En que casos se aplica la ley de Henry y la ley de Dalton.El efecto de la presin sobre la solubilidad de un gas dado en un lquido particular a Temperatura constante, se puede obtener fcilmente examinando el proceso inverso, es decir, considerando el gas como un soluto que se vaporiza para establecer una presin de vapor sobre la solucin. Para el ltimo caso se aplica la ecuacin:

F2 (g)/A2 = K

Donde F2 (g) es la fugacidad del gas sobre la solucin y A2 es la actividad del gas en la solucin. Si la fase gaseosa y la solucin se comporte idealmente, entonces:

F2(g) = P2 , A2 = X2P2 /X2 = K ; X2 = K/ P2

Estas nuevas ecuaciones se conocen como la ley de Henry y establece que a temperatura constante la solubilidad de un gas en un liquido es directamente proporcional a la presin del gas sobre el liquido.La estricta aplicabilidad de la ley de Henry se limita a presiones bajas. A presiones elevadas la ley es menos exacta, y las constantes de proporcionalidad tienen una variacin considerable. Por lo general cuanto ms alta sea la temperatura y ms baja sea la presin, ms exactamente se cumplir la ley. Adems, esta ley, en la forma dada antes, no se aplica cuando el gas disuelto reacciona con el disolvente o cuando se ioniza el gas disuelto. Cuando la ionizacin en la solucin es completa, la ley no se cumple en absoluto.

Las desviaciones en los casos de reaccin qumica y disociacin se pueden comprender y corregir fcilmente al advertir que la ley de Henry es vlida solo cuando se aplica a la concentracin en la solucin de la especie molecular tal como existe en la Fase gaseosa y no para la concentracin total de la solucin.

Cuando varios gases se disuelven simultneamente en un solvente, segn Dalton la solubilidad de cada gas en una mezcla de gases es directamente proporcional a la presin parcial del gas en la mezcla. Siempre que en la ley de Henry se cumpla que X2 es la concentracin y P es la presin parcial de cada gas.

3.- En qu casos se aplica la destilacin fraccionada a presin constante.

El requerimiento bsica para separar los componentes de una mezcla liquida por destilacin es que la composicin del vapor sea diferente de la composicin del lquido del cual se forma. Si la composicin del vapor es la misma como la del lquido, el proceso de separacin de los componentes es imposible por destilacin. Tal cosa sucede con las mezclas azeotrpicas.A excepcin de las mezclas azeotrpicas, todas las mezclas liquidas tienen puntos de ebullicin que se encuentran dentro de aquellas de sus componentes puros. Variando la composicin de la mezcla varia de manera regular, desde el punto de ebullicin de uno de sus componentes hasta del otro.Adicionalmente la diferencia de temperaturas de ebullicin de los componentes que de la mezcla debe ser 20 C, al evaporar la mezcla los componentes no deben deteriorarse y por ltimo esta operacin no debe suponer un costo elevado.

Laboratorio de Fisicoqumica IPgina 10