UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUIMICA,
INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA AGROINDUSTRIALDepartamento Acadmico
de Fisicoqumica
CURSO: LABORATORIO DE FISICOQUMICA
TEMADIAGRAMA DE SOLUBILIDAD
PROFESORFIGUEROA
ALUMNOSGARCIA NUNES AXEL ANTONIO PALOMINO ZELAYA CLAUDIAFLORES
FERNANDEZ GERSON MORALES MEXICANO CARMEN
FECHA DE REALIZADO05-11-2015
FECHA DE ENTREGA-11-2015
Ciudad Universitaria, Noviembre de 2015
TABLA DE CONTENIDO
TABLA DE CONTENIDO2RESUMEN3INTRODUCIN4PRINCIPIOS TERICOS5PARTE
EXPERIMENTAL8TABLA DE DATOS9EJEMPLO DE CLCULOS13ANLISIS Y DISCUSIN
DE RESULTADOS22CONCLUSIONES22RECOMENDACIONES22BIBLIOGRAFA23ANEXO
24
RESUMEN
En la siguiente prctica de laboratorio de fisicoqumica I el
campo a desarrollar es el diagrama de solubilidad de un sistema
lquido de tres componentes, en este caso de un sistema compuesto
por cido actico, agua y n-butanol, utilizando el diagrama de
Roozeboom.Al realizar esta experiencia tomaremos en cuenta las
condiciones atmosfricas al que se encontraba nuestro laboratorio,
siendo: Presin atmosfrica de 756mmHg, a una temperatura de 22C y
una humedad relativa de 97%El objetivo del experimento es
determinar el diagrama de solubilidad en un sistema lquido
ternario.Para un sistema dado de tres componentes lquidos, existirn
composiciones para las cuales la solubilidad es completa,
resultando la mezcla en una sola fase; pero pueden darse
composiciones en las cuales se supera la solubilidad y aparecen dos
fases inmiscibles. En el desarrollo prctico se preparar soluciones
de diferentes %volumen de cido actico en agua y en n-butanol,
titulndolas luego con n-butanol y agua respectivamente. Luego
pasaremos a calcular los % en peso de cada componente en cada
mezcla para as determinar la curva de solubilidad.Se determinar el
ttulo de la soda a partir de los datos de valoracin de solucin de
hidrxido de sodio, la cual result ser 0.0605 g CH3COOH/mlNaOH.Para
la determinacin de la lnea de reparto, desarrollaremos 20ml de una
mezcla al 45% de agua y n-butanol y 10% de cido actico, la cual en
una pera se formar dos fases, una acuosa y otra orgnica. Hallaremos
la composicin global de dicha mezcla, la cual ser 11.42%, 39.64%,
48.95% de cido actico, n-butanol y agua respectivamente. Los % en
peso de cido actico en la fase acuosa y orgnica resultaron ser .% y
9.54% respectivamente.Se puede concluir que el diagrama triangular,
constituye la representacin ms adecuada para sistemas ternarios
como el descrito.Se recomienda mantener los Erlenmeyer tapados
constantemente al momento de titular las soluciones.
INTRODUCIN
PRINCIPIOS TERICOS
SolubilidadEs una medida de la capacidad de disolverse de una
determinadasustancia(soluto) en un determinado medio (solvente).
Implcitamente se corresponde con la mxima cantidad de soluto que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente, a
determinadas condiciones de temperatura, e incluso presin (en caso
de un soluto gaseoso).Puede expresarse en unidades
deconcentracin:molaridad,fraccin molar, etc.No todas las sustancias
se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se
disuelve elalcoholy lasal, en tanto que elaceitey lagasolinano se
disuelven. En la solubilidad, el carcterpolaroapolarde la sustancia
influye mucho, ya que, debido a este carcter, la sustancia ser ms o
menos soluble; por ejemplo, los compuestos con ms de un grupo
funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles enter
etlico.
MiscibilidadEs un trmino usado enqumicaque se refiere a la
propiedad de algunoslquidospara mezclarse en cualquier proporcin,
formando unadisolucin. En principio, el trmino es tambin aplicado a
otras fases (slidos, gases), pero se emplea ms a menudo para
referirse a lasolubilidadde un lquido en otro. Elaguay
eletanol(alcohol etlico), por ejemplo, son miscibles en cualquier
proporcin.Por el contrario, se dice que las sustancias
soninmisciblessi en alguna proporcin no son capaces de formar una
fase homognea. Por ejemplo, elter etlicoes en cierta medida soluble
en agua, pero a estos dossolventesno se les considera miscibles
dado que no son solubles en todas las proporciones.La miscibilidad
de dos materiales con frecuencia se puede determinar pticamente.
Cuando dos lquidos miscibles son combinados, el lquido resultante
es claro. Si la mezcla tiene un aspecto turbio entonces los dos
materiales son inmiscibles. Se debe tener cuidado al hacer esta
determinacin. Si elndice de refraccinde dos materiales es similar,
la mezcla puede lucir clara aunque se trate de una mezcla
inmiscible.
Sistema de tres componentesLas relaciones de solubilidad de un
sistema de 3 componentes, se representan fcilmente en un diagrama
de tringulo equiltero, ya que en l se puede plotear el % de cada
componente en la misma escala, correspondiendo cada vrtice del
tringulo a los componentes puros, y cada lado a un sistema de dos
componentes, a temperatura y presin constante,Cada vrtice
representa el 100% del componente representado en dicho vrtice. Los
lados del tringulo representan mezclas binarias de los componentes
situados en los vrtices extremos. Un punto situado en el interior
del tringulo representa a una mezcla ternaria. Para establecer el
punto que representa una mezcla de 25% de A, 25% de B y 50% de C,
podemos proceder del siguiente modo: El punto "a" sobre el lado AB
representa el 25% de A. Tracemos una lnea de trazos desde el punto
"a" al lado opuesto del tringulo paralela al lado BC. Todas las
mezclas que contengan 25% de A se hallarn sobre esta lnea de
trazos. El punto "b" del lado AC representa el 50% de C. Tracemos
una lnea de trazos paralela a AB hasta el lado opuesto del
tringulo. Del mismo modo se selecciona un punto de BC que
represente el 25% de B y se traza la lnea adecuada. La interseccin
de estas tres lneas seala el punto que representa la composicin de
la mezcla. La posicin de la curva cambia con la temperatura. Para
conocer la composicin de cada fase en el sistema ternario
representado por el punto "p", hemos de trazar la "lnea de unin"
"lnea de reparto" que pasa por dicho punto. Esta lnea corta a la
curva en dos puntos "q" y "s", cuyas composiciones corresponden con
las de cada fase. Cualquier punto situado sobre dicha lnea pose la
misma composicin de cada fase. Como podemos observar, se pueden
construir infinitas "lneas de unin".
(fig. 1)Se pueden presentar tres casos:Tipo 1. Formacin de un
par de lquidos parcialmente miscibles.Tipo 2. Formacin de dos pares
de lquidos parcialmente miscibles.Tipo 3. Formacin de tres pares de
lquidos parcialmente miscibles.1. Formacin de un par de lquidos
parcialmente miscibles.Los puntos a y b designan las composiciones
de las dos capas liquidas que resultan de la mezcla de B y C en
alguna proporcin arbitraria tal como c, mientras que la lnea Ac
muestra la manera en que dicha composicin cambia por adicin de A.La
lnea a1b1 a travs de c1 conecta las composiciones de las dos capas
en equilibrio, y se denomina lnea de unin o lnea de reparto.La
miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas en una sola
tiene lugar nicamente en el punto D al cual se le denomina Punto
crtico isotrmico del sistema o Punto de doblez.Finalmente a la
curva aDb se conoce como curva binodal.
1. Formacin de dos pares de lquidos parcialmente miscibles.Un
sistema de tres lquidos tales que A y B, y A y C son parcialmente
miscibles, mientras que B y C lo son totalmente.Los puntos D y F
son los puntos de doblez respectivos de las dos regiones
heterogneas.Existen sistemas cuyo diagrama a temperaturas
inferiores cuando la miscibilidad decrece, las dos curvas binodales
se pueden intersecar, formando una banda tpica, donde el rea de
miscibilidad parcial es abdc.
1. Formacin de tres pares de lquidos parcialmente
miscibles.Cuando los tres lquidos son parcialmente miscibles entre
si, se producen tres curvas binodales.Si se intersecan las curvas
binodales, como puede suceder a temperaturas ms bajas el diagrama
contiene tres puntos de interseccin D, E y F.En las reas designadas
por 1 solo existe una fase, mientras que las sealadas con 2,
coexisten dos fases liquidas con las concentraciones de equilibrio
dadas por las lneas de enlace que las unen. El rea sealada con tres
posee ahora tres fases liquidas en equilibrio, entonces el sistema
debe ser invariante a temperatura y presin constante.
PARTE EXPERIMENTAL
Materiales: Erlenmeyers de 125 mL con tapn, erlenmeyers de 100
mL con tapn, buretas de 25 mL, vasos de 100 mL, pera de decantacin,
tubos medianos con tapn, pipetas de 1, 5 y 10 mL,
gradilla.Reactivos: n-butanol, cido actico, solucin de NaOH 1N,
fenolftalena.Procedimiento:Determinacin de la Curva de
Solubilidad:1. Lave y seque en la estufa todo el material de
vidrio.
1. En erlenmeyers de 125 mL, prepare 10 mL de soluciones que
contengan 10, 15, 20 y 25% en volumen de cido actico en agua;
mantener las muestras tapadas. Mida la temperatura de cada
componente puro.
1. Titule dichas soluciones con n-butanol, agitando
constantemente, despus de cada agregado, hasta la primera aparicin
de turbidez. Mantenga tapados los erlenmeyers durante la
valoracin.
1. De la misma forma, prepare 10 mL de soluciones que contengan
10, 20, 30 y 40% en volumen de cido actico en n-butanol y titlelas
con agua destilada, hasta la primera aparicin de turbidez.
Valoracin de Solucin de NaOH 1N Para determinar el ttulo de la
base con cido actico, pese 1 erlenmeyer de 100 mL (con tapn y
seco), mida 1 mL de cido actico, tape, pese nuevamente con
exactitud. Titule el cido con la solucin de NaOH 1N, usando
indicador de fenolftalena.
Determinacin de la Lnea de Reparto
1. En la pera de decantacin seca, prepare 20 mL de una mezcla
que contenga exactamente 10 % de cido actico, 45% de n-butanol y
45% de agua.1. Agite bien la mezcla durante 2 minutos, luego separe
cada una de las fases en un tubo con tapn, desechando las primeras
gotas y la interfase. Denomine A a la fase acuosa (inferior) y O a
la fase orgnica (superior).1. Pese un Erlenmeyer de 100 mL, limpio
y seco con tapn y mida en l, 5 mL de una de las fases, tape
rpidamente y vuelva a pesar. Empleando como indicador la
fenolftalena, valore dicha muestra con la solucin de NaOH 1N, hasta
coloracin grosella.1. Repita (c) con la otra fase.
TABLA DE DATOS
TABLA N 1: Condiciones experimentalesPRESION (mmHg)TEMPERATURA
(C)H. R. (%)
7562397
TABLA N 2: Determinacin de la curva de
Solubilidad.MUESTRAAguaN-Butanolcido Actico
T (C)222222
CIDO ACTICO EN AGUA
V(TOTAL)%Vol.CH3COOHVol. (mL)CH3COOHVol.
(mL)H2OVol.(gastado)N-Butanol(mL)
10 mL10 %1.09.01.4
10 mL15 %1.5 8.51.7
10 mL20 %2.08.04.5
10 mL25 %2.57.57.4
CIDO ACTICO EN N-BUTANOL
V(TOTAL)%Vol.CH3COOHVol. (mL)CH3COOHVol.
(mL)N-ButanolVol.(gastado)H2O (mL)
10 mL10 %1.09.02.7
10 mL20 %2.0 8.04.4
10 mL30 %3.07.08.1
10 mL40 %4.06.015.7
TABLA N3: Valoracin de solucin de NaOH 1N.W (enlern. con tapn y
seco)W (enlern. + 1mL CH3COOH)Vol. (mL)CH3COOHVol.
(gastado)NaOH
61.2784 g62.3802 g1 mL18.2 mL
TABLA N4: Determinacin de la lnea de
reparto.MUESTRAN-ButanolH2OCH3COOH
%Vol.45%45%10%
Vol.9 mL9mL2 mL
FASE ACUOSA (A)
W(Enlernmeyer con tapn)53.1548 g
W(Enlernmeyer con A (5mL))58.6705 g
Vol. NaOH7.6 mL
FASE ORGNICA (O)
W(Enlernmeyer con tapn)53.1548 g
W(Enlernmeyer con O (5mL))57.9747 g
Vol. NaOH9.0 mL
TABLA N5: Densidades TericasMUESTRAH2OCH3COOHN-Butanol
DensidadT C = 22 0.9978 g/mL1.0476 g/mL0.8080 g/mL
TABLA N6: % en peso de cada componente:CIDO ACETICO EN AGUA
%W(CH3COOH)%W(H2O)%W(N-Butanol)
9.3979.6710.14
13.3772.1814.44
16.2361.8521.91
18.2152.0229.77
CIDO ACETICO EN N-BUTANOL
%W(CH3COOH)%W(N-Butanol)%W(H2O)
9.5166.0324.46
16.1849.9233.90
18.6233.5147.87
16.9619.6263.41
EJEMPLO DE CLCULOSa) Calculo de los % en peso de cada componente
en cada una de las mezclas:Primero calculamos las respectivas
densidades.Tenemos:
Para tener las densidades a la temperatura de 22C utilizaremos
la siguiente ecuacin:
Densidad de CH3COOH a 22C.
Densidad de N-Butanol a 22C.
ESTOS DATOS SON COLOCADOS EN LA TABLA 5 .
Segundo pasaremos a calcular los pesos de cada componente.
CH3COOH en H2O: Primera muestra:
Peso total de la muestra.
As calculamos los pesos para cada muestra.
Tercero hallaremos los % en peso de cada componente.
Para toda la parte de determinacin de la Curva de solubilidad de
la parte 4.1 , se realizara con el procedimiento demostrado , de
manera semenjante los demas. Todos los resultados se encuentran en
el CUADRO 6.
b) Represente en un diagrama triangular los resultados de (a) y
trace la curva de solubilidad:
Grfica adjunta en el apndice.
c) Determine el Ttulo de soda en g de HAc/mL de NaOH:
Tenemos los siguientes datos:W(enlernmeyer con tapn y seco) =
61.2784 gW(enlernmeyer con tapn y seco + HAc. ) = 62.3802 gVol.
(HAc.) = 1 mLVol.(gastado) (NaOH) = 18.2 mL
Entonces hallamos el ttulo de la siguiente manera.
d) Determinacin de los % W de cada componente para la lnea de
reparto:Tenemos:Vol. (HAc.) = 2mLVol. (N-butanol) = 9mLVol. (H2O) =
9mL
e) Porcentaje de cido actico en cada fase:
Para la fase acuosa:
Wsolucin = 5.5157 gVNaOH = Tsoda = 0,0605 gCH3COOH/mlNaOH
g = WCH3COOH
Ahora hallamos el porcentaje de cido actico:
%WCH3COOH = %
Para la fase orgnica:
Wsolucin = 4.8199 g.VNaOH = 7.6mLTsoda = 0,0605
gCH3COOH/mlNaOH
0.4598 g = WCH3COOH
Ahora hallamos el porcentaje de cido actico:
%WCH3COOH = 9.54%
ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS
Toda composicin que se encuentre fuera de la curva de
solubilidad dar una disolucin homognea de los tres lquidos.
La formacin de las dos capas es producto de que la experiencia
realizada se mezclaron cantidades relativas de los componentes que
excedan la solubilidad mutua, observndose una laguna de
miscibilidad entre el agua y el n-butanol.
El diagrama ternario, Agua- cido Actico-n-butanol se deduce que
es un sistema de tres lquidos donde un par de ellos presentan
miscibilidad parcial, en nuestro caso este par es Agua-n-butanol.
La curva binodal que representa la curva de solubilidad mostrada en
dicho diagrama indica que toda composicin que est contenida dentro
de ella dar una formacin de dos capas saturadas, una acuosa y otra
orgnica, formando unas disoluciones ternarias conjugadas.
Las lneas de unin inscritas dentro de la curva de solubilidad
tienen pendientes distintas, no horizontales, tal como se aprecia.
Estas lneas reflejan que el cido actico presenta una mayor
solubilidad en el n-butanol que en el agua. Esto se explica por qu
el n-butanol es un alcohol.
El punto mximo de la curva binodal, difiere del punto de
pliegue, lo cual se explica por la ley de distribucin ya que la
naturaleza de las dos capas no permanece constante. El punto de
pliegue representa la cantidad de cido actico en la que este se
distribuye de igual forma en la fase acuosa y la orgnica.
CONCLUSIONES
El diagrama triangular, constituye la representacin ms adecuada
para sistemas ternarios como el descrito. Cada vrtice representa el
100% en peso de un componente, mientras que las bases opuestas a
stos, representan proporciones del 0 % de ese componente.
El rea que queda por debajo la curva de solubilidad representa a
todas las mezclas de estos tres componentes, que dan lugar a dos
fases. El rea que queda por encima, representa por lo tanto, las
proporciones que una vez mezcladas dan sistemas homogneos con una
sola fase.
Cualquier punto situado sobre la lnea de reparto o unin pose la
misma composicin de cada fase.
Todo punto de la regin que queda por debajo de la curva de
solubilidad, da lugar a una recta de reparto. stas no tienen por qu
ser paralelas entre s ni a la base del tringulo.
El punto de doblez o punto crtico es el punto en el que las
soluciones conjugadas tienen la misma composicin y las dos capas se
vuelven una sola.
RECOMENDACIONES
Lavar y secar muy bien los instrumentos de vidrio a utilizar en
la prctica para evitar errores por contaminantes o
interferencias.
Evitar dejar destapadas las soluciones preparadas.
Al momento de titular las soluciones con n-butanol o agua, tener
un continuo agitamiento para observar la turbidez en la
solucin.
Tener cuidado al momento de separar las fases, evitando
derrames.
BIBLIOGRAFA Kirk, Raymond E., ENCICLOPEDIA DE TECNOLOGIA
QUIMICA, Unin Tipogrfica Editorial Hispano Americana, 1 Edicin, Ao
1965, Mxico, Pgs.: Tomo V: 676-685
Lange, Norbert Adolph, Handbook of Chemistry, 10 a ed.,Mc Graw
Hill, New York, 1967, Pg. 1192, 1384.
Maron S., Land J., Fisicoqumica Fundamental, 1era ed., Ed.
Limusa, Mxico, 1978. Pgs 683-689.
APNDICECUESTIONARIO1. Indicar las ventajas y desventajas que
ofrece el diagrama de Roozebon.Ventajas:Es utilizado para un
sistema de tres componentes para diferentes temperaturas, las que
al elevar la temperatura aumenta las solubilidades de los
componentes.Es utilizado tambin para analizar sistemas: dos pares
lquidos miscibles parcialmente y tres pares de lquidos miscibles
parcialmente teniendo temperatura y presin fijados.Nos sirve para
determinar las composiciones de las sustancia en una mezcla
determinada y usando un mtodo de separacin.Desventajas:Se usa con
mayor precisin para fases liquidas, ya que al haber tres fases tres
fases liquidas y tres slidas, solo cuatro de estas estarn en
equilibrio temperatura y presin fijadas. Por ello se supondr que no
hay fases slidas.Solo es aplicable a sustancias ya establecidas
dependiendo de su naturaleza y la temperatura a que se trabaja.Hay
tendencia a que por hidrlisis se formen cantidades minsculas de
productos gelatinosos.
1. Describa tres procesos qumicos a nivel industrial, donde
tiene aplicacin los criterios del diagrama de solubilidad.1.
Contacto sencillo: Extraccin de cido actico y benceno utilizando
agua. 1. Contacto mltiple: Tiene varias entradas de solventes a
medida que avanza la mezcla de cido actico y benceno, para
recuperar ms productos derivados. 1. Extraccin con reflujo:
extraccin de metil ciclo hexano de una mezcla de metil a ciclo
hexano y n-heptano usando solvente como anilina.1. Extraccin de
nicotina en solucin acuosa con kerosene como agente de extraccin
(solvente).1. Extraccin de estireno con solucin etilbenceno
utilizando como disolvente dietilenglicol.1. Uso para la separacin
de algunos productos obtenidos en desintegracin nuclear y para
lograr separacin del plutonio del uranio.1. Se usa en proceso de
metalurgia; fundicin de metales, ejemplo: plomo, plata, zinc. Plomo
y plata, zinc y plata son miscibles completamente, pero plomo y
zinc parcialmente, cuando se funden forman dos capas, una consiste
en plomo y la otra en zinc.
1. Explique la regla de Tarasenkov.Por la regla emprica de
Tarasenkov, las prolongaciones de todas las lneas de conexin en los
diagramas de este tipo, en muchos casos se cortan en un punto. Una
de las lneas de conexin se encuentra en las prolongaciones de uno
de los lados del tringulo. Determinando las composiciones, aunque
no sea ms que un par de soluciones conjugadas, por ejemplo x e y,
se puede encontrar el punto b y por el mismo construir el sistema
de conexin para la zona de separacin en capas. Trazando desde el
punto b una tangente a la curva p xy q, obtenemos el punto a,
correspondiente a la composicin en que el sistema se hace homogneo
a la temperatura dada. La regla de Tarasenkov est lejos de
cumplirse para todos los sistemas.Laboratorio de Fisicoqumica
I8
