INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHISINGENIERÍA QUÍMICA

Solubilidad de pares líquidos parcialmente miscible

Presión de vapor y destilación de líquidos inmisciblesFisicoquímica I

Solubilidad de pares líquidos parcialmente

miscibles

Si agregamos de nuevo anilina al sistema, la capa rica en agua disminuye en tamaño y finalmente desaparece dejando sólo una fase líquida compuesta de agua en anilina. Si este experimento se hace a temperatura constante, se encuentra que las composiciones de las dos capas, aunque diferentes entre sí, permanecen constantes en tanto las dos fases se hallen presentes.

Temperatura máxima característica de soluciónCuando una pequeña cantidad de anilina se agrega al agua a la temperatura ambiente y se agita la mezcla se disuelve aquélla, formando una sola fase. Sin embargo, cuando se adicionan cantidades mayores de anilina se producen dos capas de líquido. Una de ellas, la inferior, consiste de una pequeña cantidad de agua disuelta en la anilina, mientras que la superior está constituida de una pequeña cantidad de anilina disuelta en agua.

La adición de pequeñas cantidades tanto de anilina o agua cambia simplemente los volúmenes relativos de las dos capas, no su composición. A medida que se eleva la temperatura, se encuentra que esta conducta persiste excepto que incrementa la solubilidad mutua de los dos líquidos. A 168° C, la composición de las dos capas se hace idéntica, y de aquí que los dos líquidos son completamente miscibles. En otras palabras, a 168° C., o por encima de esta temperatura, la anilina y el agua se disuelven entre sí en todas las proporciones y dan, al mezclarse, una sola capa líquida.

El efecto de la temperatura en la solubilidad mutua de la trietilamina y el agua. Los dos líquidos son completamente miscibles a 18.5°C, o una temperatura menor. Así a 30°C, por ejemplo, una solución del 5.6 por ciento de trietilamina en agua está en equilibrio con una que contiene el 4% de agua en trietilamina. La temperatura en la cual los dos líquidos son completamente miscibles se denomina la mínima crítica de solución, puesto que la curva que confina el área de miscibilidad parcial exhibe un mínimo.

Temperatura mínima característica de solución

Temperatura máxima o mínima característica de solución.

Se ha encontrado que al aplicar una presión externa al sistema las dos temperaturas críticas de que hemos hablado se aproximan entre sí, hasta que finalmente se alcanza una presión para la cual los dos líquidos se hacen miscibles completamente

Dentro del área encerrada los líquidos son sólo parcialmente miscibles, mientras que fuera de ella lo son completamente.

Las composiciones correspondientes a C y C' son iguales: 34 por ciento de nicotina.

Tipo sin temperatura crítica de solución.

Consideremos específicamente un sistema compuesto de 60 g de trietilamina y 40 g de agua presente en equilibrio a 20°C. Como el porcentaje de amina en peso es de 60 por ciento, la composición global está representada en la figura 8-17 por el punto a. Pero el sistema está constituido de soluciones de composición b y c, y por lo tanto:

Una variación final de estos tipos la presenta el sistema éter etílico-agua, que no posee una temperatura superior o inferior crítica de solución. Los dos líquidos son por esa razón parcialmente solubles entre sí a todas las temperaturas en las cuales existe la solución.

Presión de vapor y destilación de líquidos inmiscibles

Son inmiscibles por lo mismo mutuamente insolublesLa adición de uno al otro no afecta las propiedades individualesCada cual se comportara como si el otro no estuviera presente. En consecuencia, en una mezcla de dos líquidos inmiscibles,

cada uno de ellos ejercerá la presión de vapor que corresponda a un líquido puro a una temperatura dada y la presión de vapor total sobre la mezcla será la suma de las presiones de vapor de los dos constituyentes puros, es decir:

𝑃=𝑃 𝐴0 +𝑃𝐵

0

P: presión de vapor total

Presión de vapor y destilación de líquidos inmiscibles

El punto de ebullición de cualquier sistema es la temperatura a la cual la presión total de vapor es igual a la de confinamiento.

La mezcla de los dos líquidos alcanzan una presión total dada a una temperatura más baja que la de cualquiera de sus dos líquidos.

El punto de ebullición de todas las mezclas posibles de los dos líquidos, debe permanecer constante a una temperatura dada, debido a que no hay cambio en la presión de vapor total con la variación de la composición global.

Cuando uno de los líquidos ha sido expulsado por ebullición, la temperatura ascenderá bruscamente desde la de la mezcla hasta dependiendo de cuál de ellos ha sido eliminado primero.

Pero: y ,donde nA y nB son el número de moles de A y B en cualquier volumen dado de vapor. En consecuencia:

La relación de las presiones parciales a T es constante y nA/nB es también es constante por lo tanto la composición del vapor es constante.

Además como y donde WA y WB son los pesos en un volumen dado y MA, MB son los pesos moleculares de A y B respectivos, la ecuación se vuelve a transformar:

A cualquier temperatura de ebullición de la mezcla, T, las presiones parciales de vapor de las dos constituyentes son y que corresponden a la temperatura dada. Si designamos por y a las fracciones molares de los dos constituyentes en vapor entonces:

La ecuación relaciona directamente los pesos de los dos constituyentes destilados desde una mezcla de dos líquidos inmiscibles a sus pesos moleculares y las presiones de los dos constituyentes puros. Entonces el peso de cualquier constituyente destilado depende tanto de su presión de vapor como de su peso molecular, y de aquí que el efecto de una presión de vapor baja está contrarrestada por un peso molecular elevado.

• La destilación de líquidos inmiscibles se emplea industrialmente y en el laboratorio para purificar líquidos orgánicos que, o bien hierven a elevada temperatura, o tienden a descomponerse cuando se calientan a su punto de ebullición normal.

• El otro líquido frecuentemente es agua, y el proceso total se denomina destilación de vapor. La mezcla inmiscible del líquido y el agua se calienta directamente o por inyección de vapor y los vapores que se desprenden se condensan y separan. De esta manera es posible destilar muchos líquidos de elevado punto de ebullición a temperaturas más bajas de 100ºC (punto de ebullición del agua).

• La destilación de líquidos inmiscibles se puede utilizar también en la determinación de pesos moleculares aproximados de uno de los líquidos involucrados. Cuando las presiones de vapor y las relaciones en peso de los destilados de los dos líquidos se han determinado, y se conoce el peso molecular de uno de los líquidos, es posible calcular el peso molecular del otro.

Presión de vapor y destilación de líquidos inmiscibles

EJERCICIO: Cuando los dos líquidos inmiscibles, cloro-benceno y agua, se hierven a una presión de 734.4mm de Hg, el punto de ebullición es 90ºC, mientras que la relación del peso del cloro-benceno al de agua recogida en el destilado es 2.47. A 90ºC la presión de vapor del agua es 526mm de Hg. Por esta razón, designando por A al cloro-benceno y B al agua. Determinar el peso molecular del cloro-benceno.

BibliografíaMaron, S. H., & Prutton, C. F. (2001). Fundamentos de Fisicoquímica. México: Limusa.

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