solubilidad.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFISICOQUIMICA-PRACTICAN°8

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1. Resumen...............................................................................................................2

2. Introducción........................................................................................................3

3. Principios teóricos............................................................................................4

4. Procedimiento experimental……………………………………………………………………8

5. Tabulación de datos y resultados................................................................9

6. Cálculos ………………………………………………………………………………….10

7. Análisis y discusión de resultados.............................................................14

8. Conclusiones y recomendaciones..............................................................15

9. Cuestionario.......................................................................................................16

10.Bibliografía.............................................................................................................18

11.Apendice………………………………………………………………………………… .19

Página10

http://3.bp.blogspot.com/_zEzbn9vvuow/S9j0Y0Hx8pI/AAAAAAAADPg/avwVTlvrMUc/s1600/UNMSM.jpg


Resumen

Esta práctica abarcara las relaciones de solubilidad del sistema de tres

componentes como lo son el η-Butanol - ácido acético - agua, se trazó el diagrama

de equilibrio y se construyó la curva de solubilidad (binodal) para una temperatura

dada, luego se trazó la línea de reparto y por ultimo se determinó las

composiciones de los puntos críticos y máximos.

La presente práctica experimental se realizo a condiciones de laboratorio de

20º C de temperatura, 756 mmHg de presión atmosférica y 95% de humedad

relativa.

El procedimiento experimental a llevarse a cabo para lograr cumplir los

objetivos anteriormente planteados se dividen en dos partes, la primera parte, para

la construcción de la curva binodal, se preparan 4 soluciones que contenían 10-

15-20-25 % de ácido acético en agua y se tituló con η-Butanol, luego se

prepararon 4 soluciones que contenían 10-20-30-40% de ácido acético en η-

Butanol y se tituló con agua, a partir del punto final de la titulación se calculó cada

una de las composiciones en peso de cada solución, con ellas se trazó la curva de

solubilidad. La segunda parte se preparó una mezcla con cantidades conocidas de

η-Butanol, ácido acético y agua, en una pera de decantación, se separó las capas

formadas, a continuación se tomara una muestra de cada disolución y se tituló con

hidróxido de sodio. Con el porcentaje en peso de ácido acético de cada fase se

proyectan las líneas de unión del sistema, que es la línea de reparto. Con el

diagrama completo se determinó el punto máximo y el punto crítico isotérmico del

sistema.

Los diagramas de líquidos ternarios son de considerable valor en

problemas de separación y extracción con solventes y gracias a ellos es posible

deducir si la separación buscada puede realizarse y en cuales condiciones de

operación para lograr resultados óptimos.

Página10


INTRODUCCION

Es posible tratar todos los equilibrios heterogéneos desde un punto de vista

unificado por medio del principio conocido como Regla de las Fases, con el cual él

numero de variables a que se encuentra sometido un equilibrio heterogéneo

cualquiera, queda definido bajo ciertas condiciones experimentales definidas. En

los casos de sistemas de tres componentes se conviene fijar la temperatura y

presión variando solamente las composiciones del sistema; la manera de

representar este sistema es mediante la utilización de un triangulo equilátero

donde cada uno de sus vértices indica uno de los componentes puros, en cada

lado se lee la composición del sistema ternario.

El que un sistema sea completamente miscible resulta relativamente raro.

Es frecuente, por el contrario, encontrarse miscibilidad parcial en uno, dos o los

tres pares de líquidos. En el sistema η-Butanol - ácido acético - agua, el agua y el

η-Butanol son parcialmente miscibles como se puede observar en la grafica del

diagrama de solubilidad para este sistema ternario a temperatura y presión

constantes.

El ácido acético es miscible tanto con el agua como con el η-Butanol, por lo

que en base a esto se determina la línea de reparto. Cuando dos líquidos son

parcialmente miscibles o inmiscibles es evidente que el comportamiento de uno

con respecto al otro dista mucho de ser ideal. Un tercer componente soluble en

ambos puede comportarse idealmente si se encuentra suficientemente diluido en

las dos fases. En estas condiciones puede aplicarse la ley de reparto. Luego de

esto se determina los puntos máximos de solubilidad del agua y η-Butanol que son

parcialmente miscibles.

Página10


Principios teóricosSolubilidadLa solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente); implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto disuelto en una dada cantidad de solvente a una temperatura fija y en dicho caso se establece que la solución está saturada. Su concentración puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o también en porcentaje de soluto (m(g)/100 mL) . El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra y enfriar hasta temperatura ambiente (normalmente 25 C). En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese máximo y pasan a denominarse como soluciones sobresaturadas.

No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve el alcohol y la sal, en tanto que el aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico.

Entonces para que un compuesto sea soluble en éter etílico ha de tener escasa polaridad; es decir, tal compuesto no ha de tener más de un grupo polar. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad, como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados.

El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación.

Sistema de 3 componentes EQUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDOSe hace un análisis de dos líquidos parcialmente miscibles cuando se agrega un tercero, soluble en ambos, el sistema formado consistirá en dos Fases. Dentro del triángulo, tales sistemas son representados por una curva binodal. Los puntos en el interior de la región delimitado para la curva representan los sistemas de dos fases, y los puntos de esta región representan los sistemas homogéneos. Por consiguiente, los puntos en la curva representan la frontera entre estas dos situaciones. Al lado de la base al triángulo, las dos fases poseen la composición suficientemente diferente: uno de ellos rico en el componente B y la otra pobre en C, y a otro rico en C y la otra pobre en B. Se forma una única fase, lo que

Página10


ocurre en un punto, el Punto llamado Pliegue. Esto ocurre porque, al alejarse la base, nosotros estamos aumentando la cantidad del agregado al sistema, lo de que no sólo provoca el aumento del porcentaje, sino el aumento de la solubilidad mutua de B y C. Experimentalmente, el diagrama ternario de fase se ha hecho para mezclas conocidas de 2 líquidos miscibles y se agrega volúmenes conocidos de un tercer líquido hasta que la turbidez aparezca. Calculando los fragmentos molares de cada componente en el momento dónde la turbidez aparece, los puntos en el diagrama son determinados y permite el trazado del diagrama el sistema en cuestión.

Página10


TABLA 1: Condiciones experimentales

Página10


PRESION (mmHg) TEMPERATURA(ºC) H. R. (%)

756 20 95

TABLA 2: Soluciones de Ácido Acético en agua y tituladas con n-butanol

SUSTANCIA 10%W 15%W 20%W 25%W

Ácido acético 1.0 1.5 2.0 2.5

Agua 9.0 8.5 8.0 7.5

n-butanol 2.2 2.6 4.6 6.7

TABLA 3: Soluciones de Ácido Acético en n-butanol y tituladas con agua

SUSTANCIA 10%W 20%W 30%W 40%W

Ácido acético 1.0 2.0 3.0 4.0

n-butanol 9.0 8.0 7.0 6.0

Agua 2.0 2.4 4.4 6.1

TABLA 4: Densidades teóricas de las sustancias en su respectiva temperatura

de estado puro

Página10


SUSTANCIA T(o C) ρ(g/mL)

Ácido acético 23 1.0458

n-butanol 23.5 0.8063

Agua 22 0.9978

TABLA 5: Porcentaje en peso de cada sustancia presente en las soluciones de ácido acético en agua, tituladas con n-butanol

10%V 15%V 20%V 25%V

Sustancia W(g) %w W(g) %W W(g) %W W(g) %W

Ácido Acético 1.0458 8.86 1.5687 12.91

2.091

615.18 2.6145 16.87

Agua 8.9802 76.11 8.4813 69.837.982

457.91 7.4835 48.28

n-butanol 1.7732 15.03 2.0964 17.263.708

926.91 5.4022 34.85

TABLA 6: Porcentaje en peso de cada sustancia presente en las soluciones de ácido

acético en n-butanol, tituladas con agua

10%V 20%V 30%V 40%V

Sustancia W(g) %w W(g) %W W(g) %W W(g) %W

Ácido Acético 1.0458 10.16 2.0916 19.13 3.1374 23.82 4.1832 27.70

n-butanol 7.254 70.46 6.448 59.97 5.642 42.84 4.836 32.01

Agua 1.9956 19.38 2.3947 21..90 4.39032 33.34 6.08658 40.29

Página10


TABLA 7: Titulo en gramo de ácido acético por mL de NaOH

W(g) V(mL)

Matraz vació - Ácido acético 1.0

Matras + ácido acético - NaOH gastado 12.7

Ácido acético 1.0078 Titulo (g HAc/mLNaOH) 0.0794

TABLA 8: Mezcla para determinar el coeficiente de reparto

Sustancia V(mL) W(g) %W

Ácido Acético 2.0 2.0916 11.41

n-butanol 9.0 7.2567 39.59

Agua 9.0 8.9802 49.00

TABLA 9: Determinación de la línea de reparto

FASE ACUOSA FASE ORGANICA

WMUESTRA (g) 4.9327 4.3844

VNaOH (mL) 6.1 7.1

WAC. ACETICO (g) 0.4843 0.5637

%WAC. ACÉTICO 9.82 12.86

Página10


1. EJEMPLO DE CALCULOS

A. Calculo del porcentaje de cada componente de las mezclas

ÁCIDO ACETICO EN AGUA:

SI: WCOMPONENTE=ρCOMPONENTE×V COMPONENTE

%W COMPONENTE=WCOMPONENTE

W MEZCLA

×100

LUEGO:

- Cálculo del peso de cada componente:

Porcentaje en peso de cada sustancia presente en las soluciones de ácido acético en agua, tituladas con n-butanol

Al 10%

VAC. ACETICO = 1.0 ml; Wacido=⍴acido×Vacido=1×1.0458VAGUA = 9.0 ml; Wagua=⍴agua×Vagua=9×0.9978VN-BUTANOL = 2.2 ml; Wbutanol=⍴butanol×Vbutanol=2.2×0.8063Al 15%

VAC. ACETICO = 1.5 ml; Wacido=⍴acido×Vacido=1.5×1.0458VAGUA = 8.5 ml; Wagua=⍴agua×Vagua=8.5×0.9978VN-BUTANOL = 2.6 ml; Wbutanol=⍴butanol×Vbutanol=2.6×0.8063Al 20%

VAC. ACETICO = 2.0 ml; Wacido=⍴acido×Vacido=2×1.0458VAGUA = 8.0 ml; Wagua=⍴agua×Vagua=8×0.9978

Página10


VN-BUTANOL = 4.6 ml; Wbutanol=⍴butanol×Vbutanol=4.6×0.8063Al 25%

VAC. ACETICO = 2.5 ml; Wacido=⍴acido×Vacido=2.5×1.0458VAGUA = 7.5 ml; Wagua=⍴agua×Vagua=7.5×0.9978VN-BUTANOL = 6.7 ml; Wbutanol=⍴butanol×Vbutanol=6.7×0.8063

Cálculo del porcentaje en peso de cada componente:

Porcentaje en peso de cada sustancia presente en las soluciones de ácido acético en agua, tituladas con n-butano

Al 10%

%wacido=W acido

W total

=1.045811.7992

×100%=8.86

%wagua=W agua

W total

=8.980211.7992

×100%=76.11

%wn-butanol=W n−butanol

W total

=1.773211.7992

×100%=15.03

Al 15%

%wacido=W acido

W total

=1.568712.1464

×100%=12.91

%wagua=W agua

W total

=8.481312.1464

×100%=69.83


W total

=2.096412.1464

×100%=17.26

Al 20%

%wacido=W acido

W total

=2.091613.7829

×100%=15.18

Página10


%wagua=W agua

W total

=7.982413.7829

×100%=57.91


W total

=3.708913.7829

×100%=26.91

Al 25%

%wacido=W acido

W total

=2.614515.5002

×100%=16.87

%wagua=W agua

W total

=7.483515.5002

×100%=48.28


W total

=5.4022115.5002

×100%=34.85

Porcentaje en peso de cada sustancia presente en las soluciones de ácido acético en n-butanol, tituladas con agua

Al 10%

%wacido=W acido

W total

=1.045810.2954

×100%=10.16

%wagua=W agua

W total

=7.25410.2954

×100%=70.46


W total

=1.995610.2954

×100%=19.38

Al 20%

%wacido=W acido

W total

=2.091610.9343

×100%=19.13

%wagua=W agua

W total

=6.44810.9343

×100%=59.97


W total

=2.394710.9343

×100%=21.90

Al 30%

%wacido=W acido

W total

=3.137413.16972

×100%=23.82

Página10


%wagua=W agua

W total

=5.64213.16972

×100%=42.84


W total

=4.3903213.16972

×100%=33.34

Al 40%

%wacido=W acido

W total

=4.183215.10578

×100%=27.70

%wagua=W agua

W total

=4.83615.10578

×100%=32.01


W total

=6.0865815.10578

×100%=40.29

B. Titulo en gramo de ácido acético por mL de NaOH

TITULO=W ACIDOACETICO

V NaOH

W (ácido acético) = 1.0078 g

V (NaOH gastado) = 12.7 mL

Luego:

TITULO=1 .0078gAcidoAcetico12.7mLNaOH

=0 .0794 gmL

AcidoAceticoNaOH

C. Composición global de la mezcla

- Cálculo del peso de cada componente:

VAC. ACETICO = 2.0 ml; Wacido=⍴acido×Vacido=2×1.0458=2.0916gPágina10


VAGUA = 9.0 ml; Wagua=⍴agua×Vagua=9×0.9978=8.9802gVN-BUTANOL = 9.0ml; Wbutanol=⍴butanol×Vbutanol=9×0.8063=7.2567g

Cálculo del porcentaje en peso de cada componente:

W MEZCLA=(2 .0916g+8 .9802g+7 .2567 g)=18 .3285 g

%W AC . ACETICO=2.0916 g18 .3285g

x 100%=11.41%

%W AGUA=8 .9802g18 .3285g

x 100%=48 .99%

%W N−BUTANOL=7 .2567 g18 .3285 g

x100%=39 .60%

D. Determinación de los porcentajes en peso del ácido acético para la

determinación de la línea de reparto

TITULO=0 .0794 gmL

AcidoAceticoNaOH

- FASE ACUOSA:

Si:


W (muestra) = 4.9327 g

Luego:

W ( ÁcidoAcético )=0 .0794 gmL

AcidoAceticoNaOH

x6 .1mLNaOH=0 .4843gÁcidoAcético

%W AC . ACETICO=0 .4843 g4 .9327 g

x100%=9 .82%

Página10


- FASE ORGANICA:

Si:


W (muestra) = 4.3844g

Luego:

W ( ÁcidoAcético )=0 .0794 gmL

AcidoAceticoNaOH

x7 .1mLNaOH=0 .5637 gÁcidoAcético

%W AC . ACETICO=0 .5637 g4 .3844 g

x 100%=12.86%

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

Luego de ubicar los porcentajes en peso de cada mezcla en el diagrama

triangular, se observa que este es un sistema de tres líquidos: n-butanol-ácido

acético-agua, donde el ácido acético con el butanol son completamente

miscibles, así como el ácido acético con el agua, mientras que el agua y el n-

butanol son parcialmente miscibles.

Para trazar la curva binoidal, se mezclo cantidades conocidas de los líquidos

miscibles, luego se mezclo con el tercer componente (titilación) hasta

homogeneidad, que es ligeramente turbio, los porcentajes en peso de cada

componente dan un punto que pertenece a la curva, luego de ubicar todos los

puntos se trazó la curva completa.

La curva trazada representa un arco binoidal donde toda mezcla de los tres

líquidos que esta dentro de la curva dará como resultado la formación de dos

Página10


capas saturadas, una acuosa y la otra orgánica, formando mezclas ternarias

conjugadas.

El agua y el n-butanol que son parcialmente miscibles, al mezclarse en el

equilibrio habrán dos capas conjugadas cuyas composiciones están

representados por los puntos a y b, que son los puntos de máxima solubilidad,

es decir, el punto a representa la máxima solubilidad del agua en el n-butanol y

el punto b representa la máxima solubilidad del n-butanol en agua.

Para obtener la línea de reparto se mezclaron tres cantidades definidas (punto

x) luego de haber alcanzado el equilibrio y separado las capas y obtener el

porcentaje en peso de ácido acético en cada capa se llevó a la grafica, uniendo

estas dos líneas se obtuvo la línea de reparto y el punto x pertenece a esta

línea, aunque este fuera de esta línea, lo importante es la tendencia a alcanzar

este criterio, la ligera desviación se debe a errores sistemáticos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

El sistema ternario n-butanol-ácido acético-agua forma sistemas con un par de

ellos parcialmente miscibles, en este caso el n-butanol y agua.

Por encima de la curva binoidal, se obtendrá una solución de una fase líquida.

Manteniendo la temperatura y la presión constantes para este sistema, los

grados de libertad dentro de la curva binoidal será uno, y en cambio por

encima de esta curva son dos los grados de liberta, el otro se obtiene

automáticamente.

Existieron errores sistemáticos en cuanto a la pesada de ácido acético para el

titulo, por ello se considero la masa con respecto a la densidad a 20º C.

Página10


RECOMENDACIONES:

Al momento de titular para obtener la turbidez, se debe tener en cuenta el

punto exacto, porque pasa do este punto la turbidez desaparece y se obtiene

datos erróneos.

Después de cada operación se de tapar los matraces, porque de lo contrario

las sustancias volátiles perderían su concentración inicial, siendo en base a

esta concentración la realización del grafico.

Para entender mejor el experimento seria importante la realización de este a

distintas temperaturas.

CUESTIONARIO

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

Roozebon.

Ventajas:

- Se puede usa el sistema para un sistema de tres componentes para

diferentes temperaturas, las que al elevar la temperatura aumenta las

solubilidades de los componentes.

- Se puede analizar sistemas: dos pares líquidos miscibles parcialmente y

tres pares de líquidos miscibles parcialmente teniendo temperatura y

presión fijados.

Página10


- Nos permite saber las composiciones de las sustancia en una mezcla

determinada y usando un método de separación.

Desventajas:

- Se usa con mayor precisión para fases liquidas, ya que al haber tres fases

tres fases liquidas y tres sólidas, solo cuatro de estas estarán en equilibrio

temperatura y presión fijadas. Por ello se supondrá que no hay fases

sólidas.

- Solo es aplicable a sustancias ya establecidas dependiendo de su

naturaleza y la temperatura a que se trabaja.

- Hay tendencia a que por hidrólisis se formen cantidades minúsculas de

productos gelatinosos.

- Sistema de dos sales y agua solo se analiza cuando dichas sales

presentación común.

2. Describa tres procesos químicos a nivel industrial, donde tiene

aplicación los criterios del diagrama de solubilidad.

a) Contacto sencillo: Extracción de ácido acético y benceno utilizando agua.

b) Contacto múltiple: Tiene varias entradas de solventes a medida que

avanza la mezcla de ácido acético y benceno, para recuperar más

productos derivados.

c) Extracción con reflujo: extracción de metil ciclo hexano de una mezcla de

metil a ciclo hexano y n-heptano usando solvente como anilina.

Extracción de nicotina en solución acuosa con kerosene como

agente de extracción (solvente).

Extracción de estireno con solución etilbenceno utilizando como

disolvente dietilenglicol.

Uso para la separación de algunos productos obtenidos en

desintegración nuclear y para lograr separación del plutonio del

uranio.

Página10


Se usa en proceso de metalurgia; fundición 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.

3. Explique la regla de Tarasenkov.

Por la regla empírica de Tarasenkov, las prolongaciones de todas las líneas

de conexión en los diagramas de este tipo, en muchos casos se cortan en

un punto. Una de las líneas de conexión se encuentra en las

prolongaciones de uno de los lados del triangulo. Determinando las

composiciones, aunque no sea más 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 conexión para la zona de separación en capas. Trazando desde

el punto b una tangente a la curva pxyq, obtenemos el punto a,

correspondiente a la composición en que el sistema se hace homogéneo a

la temperatura dada (figura 2). La regla de Tarasenkov esta lejos de

cumplirse para todos los sistemas.

BIBLIOGRAFIA

D. Ferguson, “La Regla de Las Fases”, 1ª Edición, Editorial Alhambra, España, 1977. Pgs. 85-96.

Castellan G., “Fisicoquímica”, 2a Ed., Ed. Addison Wesley Longman S. A., México, 1998. Pgs. 358-361.

Jhon H. Perry, “Chemical Engineers Handbook”, Third Edition, Mc Graw Hill Book Company Inc., USA, 1950, Pgs. 187, 193.

Lange, Norbert Adolph, “Handbook of Chemistry”, 10a Ed.,Mc Graw Hill, New York, 1967, Pg. 1632.

Glasstone, Samuel “Tratado de Química Física”, 1era Ed., España, 1979, Pgs. 710-717.

Página10


Página10

Documents

solubilidad.docx