eq liq- vap
Post on 10-Jul-2015
1.017 Views
Preview:
TRANSCRIPT
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 1/22
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
Resumen..............................................................................................................1
I. Introducción ...........................................................................................2
II. Objetivos……………………………………………………….…….….……...3
III. Parte teórica .........................................................................................3
IV. Parte experimental .................................................................................7
V. Tabla de datos........................................................................................9
VI. Cálculos y Graficas................................................................................11
VII. Tabla de resultados ..............................................................................14
VIII. Discusión de resultados .........................................................................16
IX. Conclusiones.........................................................................................16
X. Cuestionario.........................................................................................17
XI. Bibliografía……………………………………………………….….…...…19
XII. Graficas(papel milimetrado)…………………………………..……...……20
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 2/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
1
RESUMEN
Esta práctica tiene como objetivo diagramar temperatura - composición y X-Y para una
mezcla líquida de dos componentes. Para ello, con la ayuda del equipo especial,
determinamos las diferentes temperaturas de ebullición de cada mezcla y sustancia pura,
extrayendo un destilado y residuo de cada una de ellas, los cuales corresponden al vapor y
líquido de la mezcla respectivamente. Luego hallamos la composición de los destilados y
residuos con la ayuda del refractómetro, y los comparamos con las mezclas preparadas
como referencia. A partir de estos datos construimos la grafica temperatura - composición y
X-Y. Estas graficas nos dan los valores tanto de la de la composición como la temperatura
de ebullición de la mezcla azeotrópica. Los resultados fueron favorables en la
determinación del punto de ebullición mas no en la composición, debido a diversosfactores, como son el equipo y las mediciones.
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 3/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
2
I. INTRODUCCION
a estimación del Equilibrio Líquido-Vapor en mezclas multicomponentes es uno de
los aspectos de interés para la ingeniería química y de procesos, ya que aporta
información importante para el diseño de equipos de separación y especialmente
de destilación.
La destilación es una de las operaciones de separación mas utilizada en la industria química,
tanto en el acondicionamiento previo de las materias primas como en la separación de los
productos. Para el diseño de los equipos necesarios es imprescindible el conocimiento del
equilibrio liquido-vapor de la mezcla que se va a separar. Es preciso, por lo tanto, la
determinación experimental del equilibrio liquido-vapor, sobre todo de mezclas
multicomponente, así como el desarrollo de métodos de predicción que permitan calcular
los datos de equilibrio cuando no se disponga de datos experimentales. Por otra parte, los
datos experimentales permiten profundizar en el conocimiento del comportamiento real de
las mezclas y comprobar la calidad de los métodos de predicción y correlación.
L
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 4/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
3
II. OBJETIVO
Determinar el diagrama temperatura – composición y el diagrama x-y, para una
mezcla liquida de dos componentes.
III. PARTE TEORICA
La Ley de Raoult establece que la relación entre la presión de vapor de cada componenteen una solución ideal es dependiente de la presión de vapor de cada componente individualy de la fracción molar de cada componente en la solución, es decir:
, y también
Si se introduce una mezcla de A y B en un recipiente en el que se ha hecho el vacío y en elque se mantiene una temperatura constante, se vaporizarán A y B hasta alcanzar un estadode equilibrio en el que la presión reinante será la presión total de vapor de la mezcla, P, quede acuerdo con la ley de Raoult, tendrá el valor:
(13.2)
siendo XA la composición de la fase líquida en el equilibrio, diferente de la composición
inicial de la mezcla. La presión total es menor que , la presión de vapor del más volátil, y
mayor que , la presión de vapor del componente pesado. La figura 1 muestra eldiagrama de equilibrio a una temperatura T constante.
Fig. 1. Equilibrio L-V a T cte. Mezclas ideales (Fuente: Treybal, 1993, pp.385).
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 5/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
4
Equilibrio L-V a P cte. Mezclas ideales (Fuente: Treybal, 1993, pp.381).
Ahora bien, no todas las mezclas se comportan de este modo. Así, por ejemplo, la mezclaetanol-agua no es ideal, no cumple la ley de Raoult. Las desviaciones respecto a esta leypueden ser positivas o negativas, (figuras 2 y 3), según que la presión parcial de cadacomponente sea superior o inferior a la obtenida por la mencionada ley.
Fig. 2. Desviaciones positivas. Fig. 3. Desviaciones negativas
En el entorno de A puro, esto es para se cumple la ley de Raoult para A aunque la
mezcla sea no ideal. En ese mismo rango se satisface la ley de Henry para B: PB =HB . XB, donde HB es la constante de Henry, que sólo depende de la temperatura.
Si las desviaciones son más acusadas, pueden llegar a formarse "AZEÓTROPOS", es decir,mezclas de dos componentes que hierven como si fuese una sustancia pura, con un punto
de ebullición constante y originando un vapor de igual composición que la mezcla líquida de
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 6/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
5
partida. Es evidente, que para estas mezclas no puede conseguirse ninguna separaciónmediante el empleo de la destilación.
Si los líquidos son inmiscibles, sus moléculas no interaccionan entre sí y se vaporizan ycondensan de forma independiente; se puede decir, a todos los efectos, que la mezcla secomporta como si hubiera un tabique de separación entre los líquidos A y B y compartieranun espacio común para los vapores. En el equilibrio, cada componente se comporta comouna sustancia pura; en consecuencia, la presión parcial de equilibrio será igual a la presión
de vapor para cada componente.
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 7/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
6
Si se introducen dos de estos líquidos en un recipiente en el que se ha hecho el vacío, semantiene una temperatura constante, y se agita para evitar la decantación de uno de los
componentes, ambos pasarán al estado de vapor hasta alcanzar un estado de equilibrio enel que la presión total será la suma de las presiones parciales de vapor de los componentespuros, mientras existan ambos en estado líquido, no importando las cantidades presentes
de uno u otro:
Si se introducen ambos en un recipiente con un émbolo, a presión constante, y se aportacalor partiendo de una temperatura baja, ésta aumentará produciéndose la primera burbuja
de vapor cuando P = , siendo TB la temperatura de ebullición. Lacomposición de esa burbuja de vapor es:
, y
Esto significa que pueden obtenerse vapores de A y B a una temperatura inferior a la de suspuntos de ebullición respectivos: TB ~( TB,A y TB ~( TB,B
Si se sigue aportando calor, la temperatura y la composición del vapor permanecen
constantes mientras haya A y B líquidos. Cuando se acabe uno de los dos, la temperatura
aumenta de nuevo, hasta que todo pasa, finalmente, a estado de vapor.
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 8/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
7
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. MATERIALES Y REACTIVOS
Materiales:
Equipo especial para puntos de ebullición, termómetro de decimas, mechero de alcohol,
refractómetro, tubos con tapones de corcho y pipetas.
Reactivos:
1-propanol (A), agua destilada (B) y acetona comercial.
2. PROCEDIMIENTO
Determinación de los puntos de ebullición
del sistema
Instalamos el equipo para determinación de
puntos de ebullición (balón de 125ml,
refrigerante de reflujo y un separador para
retirar el destilado). Ver figura 1.
Adicionamos 20ml de 1-propanol (A) en el
balón, luego introducimos el termómetro de
modo que el bulbo quede aproximadamente
en la mitad del líquido contenido en el balón,
calentamos hasta alcanzar el punto de
ebullición y tomamos lectura de la
temperatura; inmediatamente extrajimos 1ml
del destilado; dejamos enfriar con un baño
de agua fría y luego retiramos
aproximadamente 1ml del componente A del
balón (este liquido es el residuo). Así mismo
añadimos cada incremento de agua (B) de
acuerdo a la tabla N°1: repetimos todo el procedimiento, es decir para cada incremento:
calentamos, tomamos lectura del punto de ebullición, retiramos 1ml de
destilado, enfriamos y extrajimos 1ml de residuo.
Por otro lado realizamos un procedimiento parecido; esta vez con 20ml de agua (B):
calentamos, determinamos punto de ebullición, retiramos 1ml de destilado, enfriamos y
FIG. Nº°1
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 9/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
8
extrajimos 1ml de residuo. La diferencia estuvo en que para cada incremento de 1-propanol
según la tabla N°1, se realizo siempre con 20 ml de agua (B) y su respectivo incremento;
lavando todo el equipo para cada incremento.
Determinación de la composición de las mezclas
Se preparo 3ml de mezclas en tubos con tapón de corcho según la tabla N°3 y tomando
lectura de temperatura de agua y 1-propanol puros; y a continuación medimos el índice de
refracción de cada mezcla.
Finalmente medimos índices de refracción para los destilados y residuos obtenidos
anteriormente..
REFRACTOMETRO
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 10/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
9
V. TABLA DE DATOS
A. Para 20mL de 1-propanol con incrementos de agua
TABLA Nº1
Número deincremento
VAGUA (mL)
Tebullición
(oC)
(índice de refracción)
Destilado Residuo
1 0 96.1 1.3850 1.3845
2 0.4 94.1 1.3842 1.3846
3 0.4 93.7 1.3831 1.3849
4 0.4 90.2 1.3816 1.3842
5 0.5 88.5 1.3805 1.3835
6 0.5 88.0 1.3796 1.3822
7 0.5 87.0 1.3786 1.3802
B. Para 20mL de agua con incrementos de 1-propanol
TABLA Nº2
Número deincremento
V1-propanol (mL)
Tebullición
(oC)
(índice de refracción)
Destilado Residuo
1 0 99.5 1.3333 1.3331
2 1.0 92.5 1.3588 1.3343
3 3.0 89.0 1.3738 1.3400
4 5.0 88.5 1.3765 1.3475
5 7.0 88.0 1.3771 1.3505
6 8.0 87.9 1.3642 1.3543
7 8.5 87.4 1.3748 1.3548
8 9.0 87.1 1.3772 1.3546
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 11/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
10
9 9.5 84.2 1.3688 1.3567
C. Mezclas
TABLA Nº3
Número demezcla
V1-propanol (mL)
VAGUA (mL)
(índice derefracción)
1 3.0 0.0 1.3850
2 2.9 0.1 1.3846
3 2.8 0.2 1.3838
4 2.5 0.5 1.3805
5 2.1 0.9 1.3751
6 1.7 1.3 1.3690
7 1.4 1.6 1.3640
8 1.0 2.0 1.3572
9 0.5 2.5 1.3463
10 0.0 3.0 1.3329
D. Datos teóricos
Para el agua y n-propanol
ComponenteDensidad (25ºC)
(g/mL.)Tebull. (Cº)
Wmolecular
(g/mol)IR
1-propanol 0.8048 97.2 60 1.388
Agua 0.9970 100 18 1.333
Para el azeótropo
Teórico
TEBULL. (°C) 88.10
%X1-prop. 43.2
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 12/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
11
VI. CALCULOS Y GRAFICAS
1. Determinación de la Composición del Destilado y Residuo.
a. Calcule el % molar del componente más volátil en cada una de las mezclaspreparadas en la Tabla Nº 3.
El componente más volátil es el 1-propanol
Componente A: 1-propanolComponente B: agua destilada
Primero hallamos el número de moles de A y de B en la mezcla a partir de la siguienteigualdad:
Donde :
NA: moles de A
VA-B: volumen de A ó B
: densidad de A ó B
PMA-B :peso molecular de A óB
NB: moles de B
Entonces el % molar estará dado por:
Hacemos un ejemplo de calculo para las primeras dos mezclas, para los demás
resultados ver TABLA Nº4.
Mezcla 1
⁄
⁄
⁄
⁄
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 13/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
11
%XA = 100
Mezcla 2
⁄
⁄
⁄
⁄
%XA = 87.61
b. Construya la curva de índice de refracción (n) - %molar del componente mas volátil
(%XA) a partir de la TABLA Nº3
CURVA PATRON
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 14/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
12
c. Del grafico, determine el %molar del componente mas volátil de cada una de las
muestras de destilado y residuo
Hallamos el %XA del componente más volátil de cada una de las muestras de
destilado y residuo a partir de la ecuación de la grafica que es:
Despejamos %XA :
Hacemos un ejemplo de cálculo para el segundo incremento de la TABLA Nº1,
tenemos que los índices de refracción de su residuo y destilado son:
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 15/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
13
Entonces reemplazando en la ecuación de la curva tenemos que el valor de %XA para
el residuo y para el destilado son:
*Los demás resultados están en la TABLA Nº5
2. Determinación de las propiedades del Azeótropo
a. Construya el diagrama x-y para el sistema (composición en el vapor vs.
composición en el liquido) en función del componente mas volátil.
Estos valores ya fueron calculados anteriormente, y los resultados están en la
TABLA Nº5. La grafica es la siguiente:
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 16/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
14
b. Construya el diagrama Tº - composición del sistema A-B
Se construyó la grafica con los datos de la TABLA Nº6
c. B
asándose en los diagramas anteriores determine la composición y temperatura de
ebullición de la mezcla azeotrópica. Compare estos valores con lo teóricos.
A partir de la GRAFICA Nº2 podemos obtener el valor de la composición
azeotropica, proyectando el punto de intersección entre las dos curvas al eje X.
55
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 17/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
15
Hallamos el porcentaje de error:
A partir de la GRAFICA Nº3 determinamos la temperatura de ebullición de la mezcla
azeotropica, por la grafica podemos decir que se trata de una mezcla azeotrópica
con temperatura mínima de ebullición.
Hallamos el porcentaje de error:
VII. TABLA DE RESULTADOS
TABLA Nº4
# de MezclaComposición molar de 1-
propanol (%XA)
1 100.00
2 87.61
3 77.21
4 54.74
5 36.156 24.05
7 17.50
8 10.79
9 4.61
10 0
TABLA Nº5
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 18/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
16
De 1-propanol con incrementosde agua
De agua con incrementos de1-propanol
%XA (1-propanol) %XA (1-propanol)
Destilado(vapor) Residuo(líquido) Destilado(vapor) Residuo(líquido)
100 100 0 0
82.71 85.30 11.72 1.78
76.00 87.29 37.16 2.76
67.72 82.71 45.74 4.92
62.22 78.38 47.90 6.19
58.06 70.92 17.76 8.29
53.76 60.81 40.14 8.62
48.28 8.49
25.30 9.97
TABLA Nº6
De 1-propanol con incrementosde agua
De agua con incrementos de1-propanol
Tebullición
(oC)
%XA (1-propanol) Tebullición
(oC)
%XA (1-propanol)
Destilado(vapor)
Residuo(líquido)
Destilado(vapor)
Residuo(líquido)
96.1 100 100 99.5 0 0
94.1 82.71 85.30 92.5 11.72 1.78
93.7 76.00 87.29 89.0 37.16 2.76
90.2 67.72 82.71 88.5 45.74 4.92
88.5 62.22 78.38 88.0 47.90 6.19
88.0 58.06 70.92 87.9 17.76 8.29
87.0 53.76 60.81 87.4 40.14 8.62
87.1 48.28 8.49
84.2 25.30 9.97
VIII. DISCUSION DE RESULTADOS
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 19/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
17
Según los resultados obtenidos en la presente practica podemos decir que nuestro
resultado no fue muy confiable en la determinación de la composición de la mezcla
azeotropica ya que comparándola con la composición teórica sale un error de 27.31%,
esto pudo ser debido a que el equipo no realiza una mezcla homogénea de los
componentes en la fase vapor cuando estos están condensados, una manera de
mejorar el equipo seria incluyendo un agitador magnético para asegurar la perfecta
mezcla de los condensados.
En cuanto a la determinación del punto de ebullición los resultados fueron mejores, (ver
grafico 3) ya que el error, con respecto al punto de ebullición teórico, fue 1.36%, este
resultado fue favorable gracias a que contábamos con un termómetro que media
decimas de grados centígrados, y podíamos tomar las temperaturas de ebullición con
mas exactitud.
Con respecto a las graficas obtenidas podemos decir que estas si tuvieron la tendencia
que se esperaba ya que, de acuerdo con la teoría, se trataba de una mezcla azeotropica
con temperatura mínima de ebullición, lo cual resulto satisfactorio en nuestra
experiencia.
IX. CONCLUSIONES
Es posible analizar el equilibrio liquido-vapor para un sistema binario porque de
acuerdo a la regla de Gibbs, solo se necesitan especificar dos variables para definir
el sistema (Temperatura y composición de un componente)
El sistema agua –1-propanol no se comporta idealmente debido a que describedesviaciones positivas de la ley de Raoult y, a su pequeña diferencia de puntos deebullición. Por ello presenta un azeotropo con temperatura de ebullición mínima.
En una mezcla azeotropica, el punto azeotropico se comporta como si fuese un
liquido puro
de la gráfica x-y para el 1-propanol podemos indicar que al ser el componente másvolátil de la mezcla, esto es que tiende a evaporarse con más facilidad, seencontrará mayor concentración del mismo en la fase vapor que en la fase líquido.
X. CUESTIONARIO
1. Explique las diferencias entre soluciones ideales y reales:
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 20/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
18
Una solución ideal se ajusta a la ley de Raoult, las fuerzas intermoleculares son parecidas o
semejantes; los volúmenes son aditivos, es decir cuando se prepara una solución de dos
componentes con distintos volúmenes v1 y v2, el volumen final de la solución sera de v1+v2;
y la entalpia de solución es igual a cero es decir al preparar una solución ideal la
temperatura no tiene mucha variación. Sin embargo, una solución real no se ajusta a la ley
de Raoult (en soluciones reales se habla de actividad y coeficiente de actividad), esta
presenta una desviación a dicha ley; internamente las fuerzas intermoleculares son
diferentes, los volúmenes no son aditivos y finalmente la entalpia de solución es distinto de
cero.
2. ¿Cuáles son las características de las mezclas azeotrópicas?
En el punto azeotrópico tanto líquido como vapor tienen la misma composición.
Una mezcla azeotropica o un azeotropo es una mezcla liquida de dos o más componentes
que posee un único punto de ebullición fijo; es decir se comporta como una sustancia pura,
como si se tratase de un solo componente. Entonces una mezcla con la composición del
punto azeotrópico hierve a temperatura y presión constante.
El punto azeotrópico se ubica siempre en un máximo o mínimo, dependiendo de la
naturaleza de sus componentes, en la grafica de P vs composición y T vs composición.
En el punto azeotrópico se unen las líneas de líquido y vapor saturado o puntos de burbuja y
rocío.
3. Explique la regla de la palanca, utilizando un diagrama apropiado.
En un diagrama de fases un punto además de
indicar cualitativamente las fases líquido y vapor,
también explica cuantitativamente la cantidad
relativa de cada una de ellas.
La regla de la palanca, se utiliza las distancias Iα y Iβ para encontrar las cantidades proporcionales
entre las fases α y β en equilibrio. Relaciona masa
entre los dos extremos de una palanca con la
distancia del punto de apoyo en equilibrio:
Veamos un ejemplo para comprenderlo mejor:
El la grafica temperatura v.s composición
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 21/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
19
Para conocer a una determinada temperatura la cantidad de líquido u solido presente, por
la regla de la palanca:
En la grafica ml y ms son las masas de líquido y solido en equilibrio respectivamente.
Si se tienen 10g de solido A+B de composición 71,6% de Ay 28,4% de B, punto O. PF A=160°C y
PFB=148°C. TE=80°C. ¿Cuánta masa de solido y líquido coexiste a 100°C?
Del grafico:
X=1,1cm
Y=1,7cm
XI. BIBLIOGRAFIA
Atkins editorial Medica Panamericana- Química Física escrito por Julio de Paula- 8va
Edición, paginas 181-183, Diagrama de Fases y Azeotropos.
5/10/2018 EQ LIQ- VAP - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/eq-liq-vap 22/22
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA A-II
Equilibrio Líquido -Vapor
20
Fundamentos Teóricos - Prácticos Para El Laboratorio, Lydia Galagobsky Kurman Ed.
Eudea Páginas. 90-91
http://es.wikipedia.org/wiki/Aze%C3%B3tropo
http://depa.pquim.unam.mx/~fermor/blog/programas/clase8.pdf
http://www.scielo.unal.edu.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-
28042006000100002&lng=es&nrm=
Atkins, P., "Fisicoquímica", 2da ed., Ed. Addison Wesley, págs. 194, 201-202, 210-212
Castellan G., "Fisicoquímica", 1ra ed., Fondo Educativo , págs. 283-284, 305-310.
top related