Tema 6. Equilibrio lquido-lquido entre fases liquidas, sistemas ternarios

UNIVERSIDAD DE CARABOBOFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE QUMICADEPARTAMENTO DE QUMICA TECNOLGICACATEDRA DE FISICOQUMICAPresentado por:Ing. Adrin Sierra EQUILIBRIO TERNARIO ENTRE FASES LQUIDASBrbula, 16 de Agosto de 2007

FISICOQUMICA Introduccin a Equilibrios Heterogeneos Definiciones Bsicas Regla de las Fases de Gibbs Sistemas de Tres Componentes Mtodos de Representacin Grfica Sistemas de Tres Lquidos con miscibilidad ParcialTipo I. Formacin de un par de lquidos parcialmente misciblesTipo II. Formacin de dos pares de lquidos parcialmente misciblesTipo III. Formacin de tres pares de lquidos parcialmente miscibles Extraccin Lquido Lquido Clculo de Operaciones de Extraccin EQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDASCONTENIDO

FISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDAS INTRODUCCIN DEFINICIONESEquilibrio VerdaderoEquilibrio MetastableEstado InestableNmero de ComponentesGrados de Libertad Ej.: el equilibrio agua hielo a 1atm de presin y 0C Ej.: el agua a 5C se obtiene por enfriamiento cuidadoso del lquido, pero no por fusin del hielo Ej.: la disolucin del Cloruro de Sodio en las proximidades de la saturacin. (Cambio muy lento)Ej.: el sistema sulfato de sodio agua, las fases presentes son: Na2SO4, Na2SO47H2O, Na2SO410H2O, soluciones de Na2SO4 en agua, hielo, y vapor de agua. (2 componentes) Ej.: para especificar sin ambigedad la densidad del agua lquida, es necesario establecer la temperatura y presin a que corresponde esta densidad. >> Una manera de tratar todos los equilibrios desde un punto de vista unificado es a travs del principio de la regla de las fases, con el cual el nmero de variables a que se encuentra sometido un equilibrio cualquiera, queda definido bajo ciertas condiciones experimentales definidas

FISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDAS LA REGLA DE LAS FASES DE GIBBS J. Willard Gibbs, 1876, establece una relacin fija existente entre el nmero de grados de libertad (F), de componentes (C) y de fases presentes(P). SISTEMAS DE TRES COMPONENTES En este caso una sola fase posee cuatro grados de libertad, que son, la temperatura, la presin y las composiciones de dos de los tres componentes.

Para tres componentes, F = 5 P. A una presin y temperatura fijas el nmero de grados de grados de libertad es , F = 3 P, y el nmero mximo de fases que pueden presentarse simultneamente es tres

FISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDAS Mtodos de Representacin Grfica Para representacin bidimensional, Stokes Roozeboom es el ms general. las concentraciones de los tres componentes a P y T dadas, se grafican sobre un triangulo equiltero:cada vrtice del triangulo representa el 100% del componente con que se designa.las divisiones o lneas paralelas al lado BC, dan los porcentajes de A, que van desde 0%A (sobre BC) hasta 100%A (vrtice).Anlogamente, las lneas que dividen los lados BA y BC y son paralelas a AC nos dan los porcentajes de B, y las que dividen a CA y CB y paralelas a AB representan los porcentajes de C.Para graficar un punto sobre el diagrama tal como D, localizamos su composiciones en 30% de A, 20% de B y por ende 50% de C, el cual queda definido.

FISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDAS Mtodos de Representacin Grfica Las rectas AB, BC y AC, respectivamente dan las relaciones de concentracin en los sistemas binarios A-B, B-C y A-C.Cualquier mezcla compuesta de A, B y C debe quedar dentro del diagrama. Esta analoga se puede ampliar tal que, todas las mezclas preparadas desde D y E quedarn sobre DE, las preparadas desde E y F sobre EF y las de F y D sobre FD; y todas las composiciones posibles desde de D, E y F quedarn dentro del triangulo menor DEF.Por similar consideracin se deduce que si un punto de mezcla cualquiera tal como G queda sobre la recta que une a D y A, y compuesto por A y D, entonces, contendr a stos en la proporcin DG:AG.

FISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDAS Sistemas de Tres Lquidos con miscibilidad Parcial Nuestro caso de inters particular, el estudio de tres lquidos que presentan miscibilidad parcial, se clasifican as:1).- Tipo I. Formacin de un par de lquidos parcialmente miscibles.2).- Tipo II. Formacin de dos pares de lquidos parcialmente miscibles.3).- Tipo III. Formacin de tres pares de lquidos parcialmente miscibles.

Tipo I. Formacin de un par de lquidos parcialmente misciblesFISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDAS Los puntos a y b designan las composiciones de las dos capas lquidas 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 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.

Tipo II. Formacin de dos pares de lquidos parcialmente misciblesFISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDAS 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. Diagrama de fases con dos (02) curvas binodales. 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.

Tipo III. Formacin de tres pares de lquidos parcialmente misciblesFISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDAS Cuando los tres lquidos son parcialmente miscibles entre si, se producen tres (03) curvas binodales.

Si se intersecan las curvas binodales, como puede suceder a temperaturas mas 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 lquidas con las concentraciones de equilibrio dadas por las lneas de enlace que las unen. El rea sealada con 3, posee ahora tres fases lquidas en equilibrio, entonces el sistema debe ser invariante a temperatura y presin constante.

EXTRACCIN LQUIDO - LQUIDO FISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDASEn una operacin de extraccin lquido-lquido se denomina alimentacin (F) a la disolucin cuyos componentes se pretende separar, Disolvente de Extraccin solvente Extractor (denotado B puro) al lquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, Refinado (R) a la alimentacin ya tratada pobre en soluto y Extracto (E) a la disolucin con el soluto recuperado Esquema idealizado de una operacin de extraccin lquido-lquido

Clculo de Operaciones de ExtraccinFISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDASEl punto mezcla, M, es la suma de F y S, es decir, es combinacin lineal de ellas, por lo que se encontrar situado sobre la recta FS FB. Es habitual que en una sola etapa de extraccin no se logre la separacin deseada, por lo que es refinado puede someterse a sucesivas etapas de extraccin. Cuando las etapas de extraccin se realizan con disolvente puro el procedimiento de clculo sobre el diagrama ternario es idntico al descrito. As, por ejemplo, en la segunda etapa el punto mezcla sera combinacin lineal de R y S.

Clculo de Operaciones de Extraccin (Ejemplo)FISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDASPLANTEAMIENTO:En un laboratorio se construy el diagrama de equilibrio lquido lquido, del sistema ternario Agua-Acetona- metilisobutilcetona a la temperatura ambiente del sitio (27C).

Posteriormente, se preparar en un frasco 25g de una mezcla acetona-agua con un 50% en peso de acetona. La mezcla se extraer con 25g de metilisobutilcetona (MIC). Se desea conocer de cada una de las fases resultantes de la extraccin, su concentracin y determinar sus cantidades resultantes (en masa).

Clculo de Operaciones de Extraccin (Ejemplo)FISICOQUMICAEQUILIBRIO TERNARIO DE FASES LQUIDASERMFBE*

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