Universidad Nacional Mayor de San MarcosDepto. Acad.de Fisicoqumica

TABLA DE CONTENIDO

Resumen 2Introduccin 3Principios Tericos 4 Detalles Experimentales 10Tabulacin de Datos 12 Ejemplos de Clculos 15 Anlisis y Discusin de Resultados 18Conclusiones y Recomendaciones 19Bibliografa 20Apndice 21

RESUMEN

En la experiencia N8 de laboratorio que corresponde al tema de Diagrama de Solubilidad que se realiz a condiciones de una presin de 756mmHg, temperatura de 21 y con un porcentaje de humedad relativa de 92%.La presente prctica se realiz con el objetivo de determinar la curva de solubilidad para un sistema de 3 componentes. Utilizando: cido actico, agua y n-butanol.En la primera parte de la experiencia determinamos la curva de solubilidad preparando soluciones de cido actico en agua (10%, 15%, 20% y 25%); las cuales se titul con (n-butanol), obteniendo un volumen gastado.Del mismo modo se prepararon soluciones, pero de cido actico en n-butanol y se titul con agua destilada.Con estos datos hallamos pesos de cada sustancia y se grafica la curva de solubilidad, utilizando los respectivos % en peso de cada sustancia.En la segunda parte de la experiencia determinamos la valoracin de solucin de NaOH (1N).,la cual se realiza titulando con cido actico .En la valoracin de hidrxido de sodio se titul NaOH para ello se pes el Erlenmeyer seco y luego con la muestra a analizar (1ml de cido actico), el volumen gastado de soda fue de 11.8 ml y el ttulo fue de 0.1732g/ml.En la tercer y ltima parte de la experiencia determinamos la lnea de reparto con respecto a una mezcla de 20ml que contenga 10% de cido actico, 45% de n-butanol y 45% en volumen de agua.Para poder determinarla se agit durante dos minutos y se forma una interface. Esta interface se separa; una de las cuales es la fase orgnica (fase superior) y la otra, la fase acuosa (inferior). Una vez separados se tomaron 5ml de cada una de las fases y se depositaron en Erlenmeyer, se pesaron y cada uno se valor con NaOH hasta la coloracin grosella. Se obtienen clculos de % en peso de cido actico en cada una de las fases, con lo cual se logra graficar la lnea de reparto.Con los datos o resultados obtenidos, se analiza la grfica de curva de solubilidad, lnea de reparto.

INTRODUCCION

Los equilibrios de solubilidad poseen gran importancia en la qumica. Permite resolver problemas como en la recuperacin de sustancias muy caras que estn disueltas, la deteccin y eliminacin de las disoluciones de iones txicos para los organismos vivos, la formacin de cavernas de piedra caliza, el ablandamiento del agua dura, la formacin de clculos renales o de las caries dentales.Un punto importante de la solubilidad es en el medio ambiente, la cual consiste en la proteccin de monumentos de mrmol, debido al efecto potenciado por la actividad humana: lluvia acida. El azufre que tiene muchos combustibles producen SO3, que con el vapor de agua da lugar al H2SO4, cuando llueve, el CaCO3 que formas los monumentos transforman en CaSO4 en la superficie del monumento, y como el sulfato de calcio es ms soluble que el carbonato, el efecto de la lluvia acido es mayor provocando que la estatua se deteriore ms rpido aun.En muchos monumentos de mrmol se hace un tratamiento con Ba(OH)2 y urea, de forma que la superficie del monumento queda recubierta por una fina capa de BaCO3, slido con el mismo aspecto que el mrmol y prcticamente la misma solubilidad. Sin embargo, por efecto de la lluvia cida se transforma en BaSO4, mientras que la del CaSO4 que se forma sin el tratamiento es de 9,1 10-6. Es decir, que con este tratamiento el mrmol en vez de que comience a deteriorarse, este comienza a repararse por completo, convirtiendo la lluvia acida en un agente de gran importancia para este comportamiento..

PRINCIPIOS TEORICOS

El cido actico y el agua son dos especies totalmente miscibles entre s. Es decir, con independencia de las proporciones empleadas, el resultado de mezclar estos dos componentes es siempre una disolucin homognea. Lo mismo ocurre con el sistema formado por cido actico y n-butanol. Cualesquiera que sean las proporciones empleadas, estos dos componentes son totalmente miscibles y por tanto forman una disolucin homognea.La condicin para que dos especies sean totalmente miscibles es que sus molculas tengan naturalezas similares. Siendo as, el nuevo sistema formado por una disolucin, en las que las molculas de una especie estn rodeadas por las de la otra, est favorecido termodinmicamente frente a la permanencia de los dos sistemas iniciales por separado.El sistema formado por agua y n-butanol es totalmente diferente. Estos componentes son prcticamente inmiscibles, lo que quiere decir que cuando se mezclan no se disuelven el uno en el otro. La naturaleza microscpica de sus molculas es muy distinta y se repelen. Como resultado, los dos lquidos se mantienen separados formando dos fases diferentes. Es decir, termodinmicamente resulta ms estable mantener los dos sistemas por separado que constituir un hipottico nuevo sistema en el que las molculas de una especie estn rodeadas por las de la otra.

ACIDO ACETICO MISCIBLE CON MISCIBLE CON

N-BUTANOL AGUA

INMISCIBLE CON

Supongamos que a una mezcla bifsica formada por agua y n-butanol se le aade un poco de cido actico. Como el cido actico es soluble en ambas especies, se disuelve en las dos fases. stas permanecen inmiscibles, sin embargo se ha dado un cambio cualitativo importante. Ahora las fases no estn constituidas por componentes puros, sino que ambas son disoluciones de dos componentes que contienen uno en comn, el cido actico, en concentraciones muy pequeas.Si continuamos aadiendo cido actico, las fases se van haciendo cada vez ms concentradas en este componente. A nivel molecular, en la fase inicialmente formada por n-butanol, cada vez existen ms molculas de esta especie rodeadas por las de cido actico. Algo similar ocurre en la fase acuosa donde los iones acetato se distribuyen entre molculas de agua.Alcanzada una concentracin lmite de cido actico, el sistema sufre un cambio sustancial y pasa de ser bifsico, a estar constituido por una sola fase (figura 1). Este hecho se explica porque las molculas de n-butanol y las de agua, se mantienen alejadas entre s, separadas por una extensa regin de iones acetato. El nuevo sistema constituye una configuracin termodinmicamente ms estable que la representada por ambas disoluciones por separado.

FIGURA 1La cantidad de cido actico necesaria para transformar el sistema bifsico en uno homogneo depende de las proporciones iniciales de n-butanol y agua. Es decir, una mezcla bifsica que contiene inicialmente un 10% de n-butanol y un 90% de agua, requiere una cantidad de cido actico diferente que una mezcla bifsica con 50% de n-butanol y 50% de agua.

FIGURA 2

Si se representan en un diagrama triangular, en trminos de porcentaje en masa, las concentraciones de los tres componentes correspondientes al instante en el que el sistema se transforma en una sola fase, se obtiene la curva de solubilidad1 (figura 2).El rea que queda por debajo de esta curva 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.El Diagrama Triangular: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

FIGURA 3En base a esta informacin y para familiarizarse con el uso del diagrama triangular, identifique cada punto representado en la figura 3, con las concentraciones que se muestran en la siguiente tabla.

Rectas de Reparto:En el diagrama triangular el rea que queda por debajo de la curva de solubilidad, aporta informacin sobre las proporciones de los componentes cuya mezcla da lugar a dos fases diferentes.Una de las fases es rica en agua por lo que se denomina fase acuosa. La otra es rica en n-butanol y se denomina fase orgnica. Ambas fases son transparentes, sin embargo, en un sistema bifsico, se observa la existencia de una frontera fsica que las mantiene separadas, una sobre la otra.

La densidad del agua a 20 C es de aproximadamente 1 g / ml mientras que la del n-butanol es de 1.48 g / ml. Con esta informacin usted debera intuir cul de las fases se sita en la zona inferior y cul en la superior. Imagine que mezcla las proporciones dadas por el punto K de la figura 4. Como est incluido dentro del rea limitada por la curva de solubilidad, esta mezcla origina dos fases. La fase situada en la zona inferior es rica en n-butanol, pero contiene tambin agua y cido actico. Su composicin viene dada por el punto *K. La fase superior es la acuosa y tambin contiene n-butanol y cido actico. Su composicin la da el punto K*.Los puntos *K y K*, se sitan en los extremos de una recta que pasa por el punto K. Esta lnea se denomina recta de reparto. Las rectas de reparto se obtienen experimentalmente y no existe una metodologa terica, a partir de la cual, se puedan conocer.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.

DETALLES EXPERIMENTALESMateriales: Erlenmeyer de 125ml con tapn Erlenmeyer de 100ml con tapn Bureta de 25ml Vasos de 100ml Pera de decantacin Tubos medianos con tampn Pipetas de 1ml,5ml,10ml, gradillaReactivos: n-butanol () cido actico () Solucin de NaOH=1N Fenolftalena Agua ()Procedimiento:Determinacin de la curva de Solubilidad: Lave los materiales de vidrio con agua destilada y ponga el material en la estufa para su respectivo secado. En el Erlenmeyer de 125ml, prepare 10ml de solucin que contenga 10,15.20 y 25% en volumen de cido actico en agua .Mida la temperatura de cada componente puro. Titule con dichas soluciones con n-butanol, agitando constantemente, despus de cada agregado, hasta la primera aparicin de turbidez .Mantenga tapado los Erlenmeyer durante la valoracin De la misma forma, prepare 10ml de soluciones que contenga 10, 20,30 y 40% en volmenes de cido actico en n-butanol y titlelas con agua destilada, hasta la primera aparicin de turbidez.Valoracin de Solucin de NaOH=1N: Pese 1 Erlenmeyer de 100ml (con tapn y seco) Mida 1ml de cido actico en el Erlenmeyer de 100ml tape y pese nuevamente en la balanza analtica Titule el cido con la solucin de NaOH=1N usando como indicador a la fenolftalena.

Determinacin de la Lnea de Reparto: En la pera de decantacin seca, prepare 20ml de una mezcla que contenga exactamente 10% de cido actico, 45% de n-butanol y 45% en volumen de agua. Agite bien durante 2 minutos, luego separe cada una de las fases en un tubo con tampn, desechando las primeras gotas y la interface. Denomine A la fase acuosa (inferior) y O a la fase orgnica (superior) Pese un Erlenmeyer de 100ml, limpio y seco con tampn y mida en el 5ml 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. Repita el paso anterior con la otra fase.

TABULACION DE DATOS Y DETALLES EXPERIMENTALESTABLA DE DATOS EXPERIMENTALES:Tabla # 1: Condiciones de laboratorio

Presin756 mph

Temperatura21C

Humedad relativa92%

Tabla # 2: Volumen gastado de n-butanol en la valoracin de la solucin de cido actico y agua

% Ac. Actico en H2OVol. ac. Actico (ml)Vol agua (ml)Vol gastado de n-butanol(titulacin) (ml)W de la solucin de cido actico y Agua en el Erlenmeyer

101.09.01,510.886

151.58.52,59.70

202.08.03,910.167

252.57.56,910.312

Tabla # 3: Volumen gastado del agua en la valoracin de la solucin de cido actico y n-butanol% ac. actico en n-butanolVol ac. Actico (ml)Vol n-butanol (ml)Vol gastado de agua (titulacin)(ml)W de acido actico y n-butanol

101938.424

202858.939

303710.68.417

4046199.095

TABLAS DE DATOS TEORICOS:Tabla # 4: Densidades y Temperaturas tericas de cada componentecompuestoT (C) (g/ml)

Agua210.9980 g/cm3

cido actico211.0477g/cm3

n-butanol210.8095 g/cm3

Tabla # 5: Pesos y porcentaje en peso en la valoracin con n-butanol.%VW total(g)W H2O(g)%WH2OW cido(g)%WcidoW n-butanol(g)%Wn-butanol

1011.24398.98279.881.04779.311.214210.81

1512.07828.48370.231.571513.012.023716.76

2013.23647.98460.31 2.095415.833.157023.86

2515.68977.48547.702.6192516.695.585535.61

Tabla # 6: Pesos y % de pesos en la valoracin con agua.% VW total(g)W H2O(g)%WH2OW cido(g)%WcidoW n-butanol(g)%Wn-butanol

1011.32722.99426.431.04779.257.285564.32

2013.56144.9936.792.095415.456.47647.76

3016.149610.57865.503.143119.452.428515.05

4026.390818.96271.854.190815.873.238012.28

Tabla # 7: Valoracin de la sodaW biftalato de potasio2.0440 g

11.8 mL

Relacin de titulacin con NaOH0.1732 g/mL

Tabla # 8: Porcentaje en peso para la determinacin de la lnea de reparto.volumenmasa%masa

cido actico22.09511.41

Agua98.98248.92

n-butanol97.28539.67

Tabla # 9: Determinacin de Las Lneas De Reparto. Agua (fase acuosa).61.1549 g

66.9690 g

4.6 mL

Tabla # 10: Determinacin de las Lneas de Reparto. Butanol (fase orgnica).92.2372 g

96.555g

5.6 mL

Tabla # 11: Porcentajes del cido actico en la fase acuosa y en la fase orgnica.Masa de la muestraMasa del cido ActicoVolumen del NaOH titulado% en Masa del cido Actico

Fase Acuosa4.87250.79674.6ml13.07

Fase Orgnica4.3170.96995.6ml22.46

EJEMPLOS DE CLCULOLas soluciones, se encontraban aproximadamente a 21C, por lo tanto se tomarn los datos de densidades de las soluciones de cido actico, n-butanol y agua a esta temperatura. Ver tabla # 4. Clculo del %W en cada mezcla:

a) Para la muestra de 10% de ac. Actico en H2O:W ac. Actico= x V = 1.0477g/ml x 1.0ml =1.0477gW n-butanol= x V = 0,8095g/ml x 1.5ml =1.2142gW H2O = x V =0.9980g/ml x 9.0 ml =8.982gW total = 11.2439g

% W =(W muestra / W total) x 100

% W ac. Actico=1.0477g / 11.2439g x 100 =9.31%% W n-butanol=1.2142g / 11.2439g x 100 =10.81%% W H2O=8.982g / 11.2439g x 100 =79.88%

b) Para la muestra de 10% de ac. Actico en n-butanol:W ac. Actico= x V = 1.0477g/ml x 1.0ml =1.0477gW n-butanol= x V = 0,8095g/ml x 9.0ml =7.2855gW H2O = x V =0.9980g/ml x 3.0 ml =2.994gW total =11.3272g

% W ac. Actico=1.0477g / 11.3272g x 100 =9.25%% W n-butanol=7.2855g / 11.3272g x 100 =64.32%% W H2O=2.994g / 11.3272g x 100 =26.43%OBSERVACION: Este mismo procedimiento se dar para los siguientes en sus diversos porcentajes de volmenes.

Hallando el % W de cada componente de la mezcla preparada en la valoracin de NaOH 1NW Biftalato de Potasio=2.0440gV de NaOH titulado=11.8mlRelacin de titulacin con NaOH==0.1732cgT NaOH = 0,1732 g/ml

Determinacin de la Lnea de Reparto: 10% Ac. Actico =2 ml 45% n-butanol =9 ml 45% H2O=9 mlW ac. Actico=1.0477 g/ml x 2 ml = 2.095 g W n-butanol = 0,8095 g/ml x 9 ml =7.285 gW H2O= 0.9980g/ml x 9ml =8.982 gW total =18.362 g

% W = (W muestra / W total) x 100

% W ac. Actico= (2.095 / 18.362) x 100=11.41 % % W n-butanol = (7.285 / 18.362) x 100 =39.67 %% W H2O= (8.982 / 18.362) x 100 =48.92 %c) Hallando el porcentaje en peso de cido actico en la fase acuosa:W fase acuosa = 5.8141g.W ac. Actico en fase acuosa = V NaOH x T NaOH

W ac. Actico en fase acuosa = 4.6 ml x 0.1732 g. /ml.W ac. Actico en fase acuosa = 0.7967g.% W ac. Actico en fase = W ac. Actico en fase acuosa x 100 W fase acuosa.

% W ac. Actico en fase acuosa = 0.7967 x 100 5.8141

% W ac. Actico en fase acuosa = 13.07 %

d) Hallando el porcentaje de cido actico en la fase orgnica:W fase orgnica = 4.3178gW ac. Actico en fase = V NaOH x T NaOHW ac. Actico en fase orgnica = 5.6ml x 0.1732 g./ml. W ac. Actico en fase orgnica = 0.9699 g% W ac. Actico en fase = W ac. Actico en fase orgnica x 100 W fase orgnica

% W ac. Actico en fase orgnica = 0,9699 x 100 4.3178

% W ac. Actico en fase orgnica = 22.46 %

e) Porcentaje en peso de las soluciones de cido actico, agua y n-butanol en la pera de decantacin:W cido actico= x V = 2 ml x 1.0477 g/ml = 2.0954 gW n-butanol = x V = 9 ml x 0.8095 g/ml = 7.2855 gW agua = x V = 9 ml x 0.9980 g/ml = 8.982 gW total = 18.3629 g

% cido actico= (2.0954 g / 18.3629 g) x 100 = 11.41 % % n-butanol = (7.2855 g / 18.3629 g) x 100 = 39.67 % % agua = (8.982g / 18.3629 g) x 100 = 48.92 %

ANALISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

La tabla 1 muestra las condiciones de laboratorio en la que se realiza la experiencia los cuales han sido tomados a travs de los aparatos de medicin. La tabla 2 muestra el volumen gastado de n-butanol en la valoracin de la solucin de cido actico y agua, los cuales estn determinados por los porcentajes de volumen de 10, 15, 20 y 25% de cido actico en agua. La tabla 3 muestra el volumen gastado del agua en la valoracin de la solucin de cido actico y n-butanol, los cuales estn determinados por los porcentajes de volumen de 10, 20, 30 y 40% de cido actico en n-butanol. La tabla 4 muestra las densidades tericas halladas en el CRC Hand book a una temperatura de 21. La tabla 5 muestra los pesos y porcentaje en peso en la valoracin con n-butanol. La tabla 6 muestra los pesos y porcentajes de pesos en la valoracin con agua. La tabla 7 muestra los datos hallados para la valoracin de la soda. La tabla 8 muestra los porcentajes en peso para la determinacin de la lnea de reparto, esto para porcentajes de volumen de 10% de cido actico, 45% de n-butanol y 45% de agua. La tabla 9 muestra la determinacin de la lnea de reparto para la fase acuosa La tabla 10 muestra la determinacin de la lnea de reparto para la fase orgnica. La tabla 11 muestra los porcentajes del cido actico en la fase acuosa y en la fase orgnica. Para determinar el diagrama triangular se procede a usar los valores de porcentaje en peso, los cuales han sido hallados en la tabla 5 y 6.Atreves de dichos puntos hallados en cada lado del diagrama triangular se proceder a trazar lneas paralelas (las cuales se van a intersecar en un punto en comn) dicho punto va a determinar la curva de solubilidad con el resto de puntos hallados con respecto a los datos que se encuentran en las tablas 5 y 6. La curva trazada representa la funcin de la mezcla en los 3 lquidos misiles empleados (para nuestro caso agua, cido actico y n-butanol). En la curva de solubilidad se puede obtener un punto mximo y un punto mnimo, en la cual el mximo representa la solubilidad de n-butanol en agua, mientras que en la mnima representa agua en n-butanol.

CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

En el diagrama del tringulo es muy til ya que se puede plotear el % de cada componente en la misma escala, donde cada vrtice del tringulo corresponde a los componentes puros, y cada lado a un sistema de dos componentes a temperatura y presin constante. Para trazar diagramas de equilibrio bidimensionales para sistemas ternarios el del tringulo equiltero sugerido por Stokes y Roozeboom es el que se emplea ms generalmente. La posicin de la curva cambia con la temperatura pues al aumentar est, la solubilidad aumenta y el rea que encierra la curva disminuir. Los cambios de miscibilidad que produce la adicin progresiva de uno o del tercer componente, se pueden deducir en el diagrama de solubilidad. As mismo esta solubilidad puede verse alterada, es decir, puede aumentar o disminuir entre los componentes. Tape de inmediato todos los Erlenmeyer con los tapones de corcho, es necesario debido a que las sustancias empleadas son muy voltiles. Es recomendable revisar que todos los instrumentos estn en las mejores condiciones posibles, en caso de tener algn inconveniente con los instrumentos, de cuenta de esto al profesor.

BIBLIOGRAFIA

Fundamentos de Fisicoqumica. H. D. Crockford - Samuel B Knight Editoria Continental S. A. Sexta impresin 1974 Mxico.

http://www.slideshare.net/adriandsierraf/tema-6-equilibrio-ternario-entre-fases-lquidas

Fundamentos de Fisicoqumica. Samuel H. Maron Carl F. Prutton Editorial Limusa Decimoquinta reimpresin 1984 Mxico.

http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/4853/html/5_aplicaciones_en_el_laboratorio.html.

APENDICE

CUESTIONARIO:

1. Indicar las ventajas y desventajas que ofrece el diagrama de Roozeboom.

Ventajas:

El diagrama de Roozboom permite determinar el porcentaje de pesos para 3 componentes. Nos permite saber las composiciones de las sustancias en una mezcla determinada y usando un mtodo de separacin. Conocer que cantidad de soluto es disuelto exactamente por una cantidad de solvente exacto.

Desventajas:

Este mtodo posee mayor precisin para fases liquidas. Es aplicable a sustancias ya establecidas dependiendo de su naturaleza y de la temperatura en la cual se emplea. Para sistemas de sales, solo puede emplear para las sales en las cuales presente un ion en comn.

2. Describa tres procesos qumicos a nivel industrial, donde tiene aplicacin los criterios del diagrama de solubilidad.

a) Separacin de iones:

Si existe en una disolucin muchos iones, se pueden separar haciendo precipitar algunos de los compuestos pocos solubles, para ello se necesita de un procedimiento en la cual hay que aadir un reactivo comience a formar precipitado, por lo cual sern separados por filtracin.

b) Efecto salino:

Cuando a una disolucin de iones Ag+ se le aade disolucin de iones Cl-, se forma un precipitado blanco de AgCl, que tiene una Kps de 1,8 10-10, establecindose el equilibrio:

Si posteriormente se aade disolucin de iones S2- (Na2S, por ejemplo), se forma Ag2S, precipitado de color negro, que como tiene una Kps de 6 10-30 es mucho ms insoluble que el AgCl, establecindose el equilibrio:

Como este segundo equilibrio se desplaza a la izquierda al formarse precipitado de Ag2S, desaparecen de la disolucin los iones Ag+; por tanto, el primer equilibrio se desplaza a la derecha para formarlos. En resumen, se redisuelve el precipitado de AgCl blanco para formarse uno de Ag2S negro.

c) Determinacin de concentraciones:

Algunas de las tcnicas ms desarrolladas en el trabajo de laboratorio se dirigen hacia la determinacin de la concentracin de una disolucin. De esa forma se hace el anlisis qumico del agua mineral de la tarea, que nos indica los diferentes iones que hay disueltos y sus cantidades respectivas por litro de disolucin. La tcnica ms sencilla es la volumetra, en la que se mide el volumen de un reactivo de concentracin conocida que reacciona totalmente con un volumen dado de una disolucin de concentracin desconocida. Cuando la reaccin es de precipitacin, se trata de volumetras de precipitacin. Una de las ms conocidas es el mtodo de Mohr para determinar Ag+, que se utiliz durante muchos aos para determinar la pureza de la plata en la Casa de Moneda de Espaa. Se trata de la reaccin que ya conoces en la que los iones Ag+ reaccionan con iones Cl- para formar AgCl. En la unidad siguiente vers a fondo las volumetras cido-base, que se diferencian en la reaccin producida, pero en las que la tcnica experimental es muy parecida.

16Ciudad Universitaria Lima-Per