15‐1

PRÁCTICA15

EQUILIBRIOSLÍQUIDO‐VAPORENMEZCLASBINARIAS

OBJETIVO

Obtencióndelascurvas"liquidus"y"vapor"delsistemabinarioetanol‐agua.

MATERIALNECESARIO! Aparato de Othmer para destilación, con

resistenciacalefactoraytermómetro50‐100°C(±0.1°C)

! RefractómetrodeAbbe! Vasodeprecipitadosaforadode100mL! Aguadestilada! 12tubosdeensayoprovistosdetapón

! Pinzademadera! Secadordeaire! Etanol(tóxico,densidad=0.7893g/cm3)! Embudo! Erlenmeyerde100mL! Varillaparalatomademuestras

INTRODUCCIÓNTEÓRICA

Inicialmenteenelmatraztenemos3componentes:agua(1),alcohol(2)yaire(3),ydos fases(vaporylíquido); la descripción de sus estados viene dada por las variables temperatura

€

T , presión

€

p , y lasconcentraciones

€

c2y

€

c3 .Sifijamoslapresiónenelvalorde1atmósfera,acadaestadolecorrespondeunpuntoeneldiagramadetresejes(

€

T ,

€

c2 ,

€

c3),talcomomuestralafigura1.Enlosplanos

€

Tc2y

€

Tc3sehanseñalado loscortesde lassuperficiesque limitan lasregionesendondeelsistemaseencuentraen faselíquidaovapor;lostrazosgruesoscorrespondenafasesólida.

En este diagrama se puede situar el estado inicial de la disolución que vamos a estudiar. Se dan comoprobablesvaloreslossiguientes:T=22°C,

€

c2l =45%y

€

c2v=4%;

€

c3v=94%y

€

c3l =0.004%.Aesteestadole

correspondendospuntoseneldiagrama,unodeellosenlasuperficiedeliquidusyelotroenlasuperficiedevapor,ambosalamismatemperatura.

Figura1.Diagramade las fases del sistemaagua (1) + alcohol (2) + aire (3). Sólo seindicanloscortesdelassuperficies liquidusy vapor sobre los planos

€

Tc2 y

€

Tc3. Laslíneas solidus vienen representadas contrazogrueso.

15‐2

Con la ebullición, unode los componentes, el aire, es eliminado en la primeras burbujas. El sistema sequedasólocondoscomponentes:aguayalcohol.Porlotantoalhacer:

€

c3v=

€

c3l =0estamosenelplano

€

Tc2.Losequilibriosvapor‐líquido1+2sonpuntosdelaslíneasliquidusyvaporalamismatemperatura.

PROCEDIMIENTOEXPERIMENTAL

Obtencióndelasmuestras

PrimeroseintroduceenelaparatodeOthmer(Figura2)100mLdealcoholy100mLdeaguadestilada.Estas cantidades y las que aparezcan en lo sucesivo son valores indicativos que facilitan el desarrollorápidoyeficazdelapráctica:noserequieremedirlasconprecisión.

Despuésseconectan los sistemasde refrigeración (un flujopequeñosuele ser suficiente)y calefacción.Cuandolamezclaalcancelaebulliciónempezaráacondensarsevaporenelcolectordebidoalaaccióndelrefrigerante. Cuando el colector está lleno y los nuevos aportes de líquido vuelven al matraz esféricopuede considerarse que se ha alcanzado un equilibrio dinámico. En esta etapa la temperaturapermaneceráconstante.Esperad3minutosyanotadlatemperaturadeequilibrio.

A continuación se apaga la resistencia calefactora y en dos tubos de ensayo (numeradosconvenientemente)setomanmuestras(deunos10mL)dellíquidodestiladoenelcolectorydellíquidoresiduo,tapandolostubosrápidamenteparaevitarquesedesprendanvaporesyvaríelacomposicióndeloslíquidos.

Al recoger lasmuestrasdel colector ydel residuo, sedebendesechar losprimeros3mLyaque, en laszonasmáspróximasalasllavesdevidrio,laconcentraciónpuedeseralgodistintadelamasadelsistema.Tiradtodoellíquidosobrantedelcolector(nodelresiduo)cadavezqueserecogeunamuestra.

El proceso se repite varias veces, añadiendo únicamente 50mL de agua destilada cada vez, hasta quetenemoscasiaguapura(latemperaturadeequilibrioesaproximadamente100°Ca1atm).

Figura2.AparatodeOthmer.

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Medidadelaconcentracióndealcoholenlasmuestras

La concentración de lasmuestras se determinamidiendo su índice de refracción con el refractómetro(Figura 3), tras dejarlas enfriar unos 20 minutos y haciendo uso de la curva índice de refracción‐concentración.Paraconstruirlacurvaíndicederefracción‐concentración,

€

n= f (c2),serequieremedirel

índicederefraccióndelaguapura

€

n0yreconstruirlatabla1.Apartirdedichatabla,porinterpolación,sepuedeobtenerlaproporcióndealcoholenlamezcla,unavezconocidoelíndicederefracción.

Figura3.RefractrómetrodeAbbe.

Tabla 1.‐ Índice de refracción

€

n de lasmezclasetanol‐agua en función de la concentración

€

c2delalcohol(en%enmasa).

€

c2(%)

€

n 0

€

n010

€

n0+ 0.0065 20

€

n0+ 0.0139 30

€

n0+ 0.0205 40

€

n0+ 0.0253 50

€

n0+ 0.0286 60

€

n0+ 0.0308 70

€

n0+ 0.0322 80

€

n0+ 0.0328

Lamedidadelíndicederefracciónenelrefractómetroserealizadelasiguienteforma:

" Abridlaunidaddelosprismasydepositadunagotadellíquidoproblemaenelprismabase." ApretadelpuntorojodelinterruptorPOWER.REFRACTOMETROWYA" Giradelbrazodelalámparahastasituarloa1cmdelaunidaddeprismas." Mirad por el visor mientras giras el mando lateral derecho hasta observar dos zonas, una

luminosaarribayotraoscuraabajo." Localizadelmandocilíndricodealuminiosituado7cmpordebajodelvisor.Volvedamirarporel

visorygirandoestemandopodráseliminar lasbandascoloreadasquedifractan losprismas.Acontinuación desplazad el mando lateral derecho hasta situar la línea divisoria claro‐ oscurosobreelaspadelobjetivo.

" ApretadelbotónREAD.Enpantallaapareceelíndicederefraccióndellíquidoproblema." ApretadelbotónTEMPyenpantallapodéisleerlatemperaturadelamuestra.

Parasecarlasmuestrasdepositadasenelprismautilizadprimerounpocodepapelsecanteperosinrestregarlo sobre el vidrio para no rayarlo y, a continuación, el secador de aire a temperaturaambiente.

PRESENTACIÓNDERESULTADOS

(a) Tablaconlosvalores

€

c2l ,

€

c2v ytemperaturadeebulliciónobtenidaparacadamezcla(siendo

€

c2l y

€

c2v laconcentraciónen%enmasadeetanolenelresiduoyenelcolector,respectivamente).

(b) Representación de las curvas “liquidus” y “vapor”, es decir, las curvas

€

t = f (c2l ) y

€

t = f (c2v ) .

Discusióndelasmismas.