1. OBJETIVOS: Determinar la temperatura de solucin del sistema (fenol-agua) a diferentes concentraciones. Expresar grficamente la dependencia entre la temperatura de miscibilidad y la composicin. Identificar en una grfica de temperatura de miscibilidad contra composicin las reas que comprenden una fase o dos fases. Determinar la temperatura critica de la solucin (fenol-agua).

1. FUNDAMENTO TERICO: Consideraciones GeneralesDe acuerdo a la regla de las fases, un lquido puro en contacto con su vapor constituye un sistema univariante. Sin embargo, si se agrega una cantidad pequea de una segunda sustancia, capaz de disolverse en la primera, dar lugar a la formacin de un sistema bivariante, pues el nmero de componentes es 2 y el nmero de fases tambin (la solucin lquida homognea y el vapor en equilibrio con ella).A temperatura constante, la presin del sistema es una funcin de la composicin. Si el segundo componente es un lquido parcialmente soluble en el mismo y se agrega en cantidades crecientes, la solucin resultante permanecer homognea y su composicin y presin se modificarn continuamente hasta que la concentracin alcance un valor definido a partir del cual la sustancia no continuar disolvindose y esto dar lugar a la formacin de dos fases lquidas. Dado que en el sistema, a partir de ese momento, hay tres fases presentes -dos lquidos y un vapor- el sistema pasa de bivariante a univariante. A una temperatura dada, la concentracin de los componentes en las dos fases lquidas, como as tambin la presin de vapor, tendrn valores definidos. Las dos fases lquidas pueden ser consideradas, la una como una solucin del componente 1 en el componente 2 y la otra como solucin del componente 2 en el componente 1. Si la temperatura se mantiene constante, el sistema constituido por dos fases lquidas tiene una presin de vapor definida, y el agregado de uno de los componentes modificar solamente las cantidades relativas de las fases lquidas presentes. Cuando la temperatura cambia, la composicin de las dos soluciones tambin lo hace, y este hecho dar lugar a la obtencin de dos curvas de solubilidad, una mostrando la solubilidad del componente 1 en el 2 y la otra del 2 en 1. Dado que la formacin de las soluciones est acompaada con cambios trmicos, la solubilidad puede aumentar o disminuir con el incremento de la temperatura. Las dos soluciones que a una temperatura dada coexisten en equilibrio, se denominan soluciones conjugadas.

Muchas reacciones qumicas implican la combinacin de dos o ms sustancias para formar una nueva sustancia. Por lo tanto, se utilizan diferentes trminos para describir el grado en que una sustancia se mezclar con otra sustancia, estos trminos son la solubilidad y la miscibilidad. La solubilidad es la propiedad de una sustancia para disolverse en otra, ya que depende de la naturaleza del disolvente y soluto as como la temperatura y la presin del sistema, mientras que la miscibilidad describe la mezcla de dos sustancias en donde no ocurre transformacin fsica y qumica entre estos mismo, es decir, conservan respectivamente tanto su composicin qumica como sus propiedades fsicas y aunque no hay ningn cambio las sustancias forman una mezcla homognea. En esta experiencia se tratara de graficar, comprobar y encontrar la relacin de dependencia entre la temperatura de miscibilidad y la composicin de una solucin fenol-agua (a diferentes concentraciones) y la determinacin de la temperatura crtica de solucin. La cual lo explicaremos mediante los sistemas liquido-liquido que se pueden subdividir en tres grupos: De miscibilidad ilimitada en los dos componentes, es un sistema homogneo de una sola fase. De miscibilidad limitada en dos componentes, es un sistema heterogneo existe una superficie de separacin entre sus fases. Vara en funcin de la temperatura y pasa a ser de miscibilidad ilimitada a determinada temperatura. De miscibilidad limitada en dos componentes, es un sistema heterogneo existe una superficie de separacin entre sus fases. A ninguna temperatura (a presin ordinaria) pasa a ser de miscibilidad ilimitada.

MISCIBILIDAD PARCIALSon lquidos inmiscibles a una temperatura dada, es decir, es un sistema heterogneo (existe una superficie de separacin entre sus fases), pero se convierte completamente miscibles (sistema homogneo) a una temperatura mayor o menor a la que se encontraba (la miscibilidad varia en funcin de la temperatura). Lo cual lo representamos en un diagrama de fases.

DIAGRAMA DE FASES: El diagrama de fases nos dice en qu condiciones de equilibrio existe una o dos fase. En la Figura 1, el punto est situado en la llamada regin homognea. Esto indica que el sistema es miscible y aparece con una nica fase homognea. Si descendemos la temperatura hasta llegar al punto b, observamos un cambio de fase. Se trata de una transicin en la que el sistema se vuelve inmiscible y comienza la formacin de una segunda fase, lo cual se evidencia porque la disolucin cambia de transparente a turbia.Al seguir disminuyendo la temperatura y llegar a un punto como el c, el sistema se vuelve transparente pero con dos fases separadas claramente distinguibles. Las composiciones de estas fases cambian con la temperatura y el diagrama de fases es una representacin grafica de dicho cambio. Las dos fases separadas tienen las composiciones marcadas por los puntos I1 y I2, mientras que la composicin media viene marcada por el punto c. La unin de puntos como I1 y I2 a distintas temperaturas define la curva de coexistencia de fases. Dicha curva muestra un mximo que se conoce como punto critico y las correspondientes temperaturas y composicin se les conoce como temperatura y composicin criticas.

A medida que se aumenta la temperatura, decrece la regin de inmiscibilidad del lquido-liquido, hasta que Tc se reduce a 0. Por encima de Tc los lquidos son totalmente miscibles.

Regla de la palanca: Las cantidades relativas de las dos fases, en que se separa un sistema con una composicin total determinada. El sistema tiene un peso total W, y una fraccin global, o fraccin de peso del componente I1, designado por X.Los pesos de las dos fases en que se separa el sistema son w1 y w2, y estas fases tienen fracciones molares, o fracciones en peso de componentes I1, x1 y x2.La constancia del peso total W requiere que:W = w1 + w2................ (1)La conservacin del componente I1:X*W = x1*w1 + x2*w2............... (2)Al introducir el valor de W, la ecuacin (1) en la ecuacin (2), se obtiene:X*(w1 + w2)= x1*w1 + x2*w2 (3)w1*(X - x1) = w2*(x2 - X)w1/w2 = (x2 - X)/(X - x1) (4)

INMISCIBILIDADSon lquidos que no tienen la capacidad de mezclarse entre si, mostrndose la formacin de fases, siendo el de mayor densidad el que ocupe la parte inferior y el de menor densidad ocupara la parte superior, en otras palabras es un sistema heterogneo y existe una superficie de separacin entre sus fases, y que a ninguna temperatura pasan a ser de miscibles.

1. MATERIALES: Tubo de ensayo. Vaso precipitado. Mechero bunsen. Termmetro. Agitador o bagueta. Probeta. Gradilla. Pinzas para tubo de ensayo. Trpode. Rejilla. Soluciones de fenol-agua al 25%, 35%, 45%, 55%, 65%, 75% y 85% en peso. No inhalar y no tener contacto directo con las sustancias ya que son txicos y corrosivos (mantener su precaucin usando los implementos de proteccin).

1. PROCESO EXPERIMENTAL:

a) Tomar 5 ml de cada concentracin de solucin de fenol-agua (25%, 35%, 45%, 55%, 65%, 75% y 85% en peso) ya preparado en tubos de ensayos en el orden respectivo.b) Para cada concentracin de solucin fenol-agua realizamos los procesos que se proceder a mencionar.c) Calentar lentamente el tubo de ensayo en un bao mara, hasta el instante en que la solucin quede transparente (miscibles).d) Registre la temperatura de miscibilidad correspondiente (esto es la temperatura a la cual la solucin se vuelve totalmente transparente).e) Luego retirando el tubo de ensayo del bao mara (tomando sus precauciones) deje enfriar observando el instante en que la solucin se vuelve turbia.f) Registre la temperatura de la solucin en el instante que se vuelve inmiscible (solucin turbia).

1. DIAGRAMA DE FLUJO DEL EXPERIMETO REALIZADO

1. DATOS, CLCULOS Y RESULTADOS:

a.) Mostrar los clculos para obtener la cantidad de fenol en peso, que se agregara a la solucin de fenol-agua para obtener las distintas concentraciones.

CONCENTRACINCANTIDAD DE FENOL(ml)CANTIDAD DE AGUA(ml)

25%1,253,75

35%1,753,25

45%2,342,86

55%2,862,34

65%3,511,89

75%4,051,35

85%4,420,78

Ahora hallaremos el porcentaje de peso de fenol y agua para cada concentracin:

Para 25%

Para 35%

Para 45%

Para 55%

Para 65%

Para 75%

Para 85%

b.) Registrar las temperaturas a las cuales cada una de las concentraciones se volva transparente y se volva turbia

CONCENTRACINTEMP. MISCIBILIDAD (C)TEMP. TURBIDEZ (C)

25%7459

35%7662

45%8364

55%8566

65%6728

75%4526

85%3222

c.) Graficar la temperatura de miscibilidad contra composicin en porcentaje peso

TEMP. MISCIBILIDAD VS COMPOSICIN (% peso)

d.) Realizar los clculos para obtener la fraccin mol de cada una de las concentraciones

Para 25%

Para 35%

Para 45%

Para 55%

Para 65%

Para 75%

Para 85%

e.) Tabular los valores de fraccin mol y concentracin

CONCENTRACINFRACCIN MOLAR DE FENOLFRACCIN MOLAR DE AGUA

25%

35%

45%

55%

65%

75%

85%

f.) Construir dos grficas, una de temperatura de miscibilidad contra composicin en porcentaje en peso y la otra de temperatura contra composicin en fraccin mol

TEMP. MISCIBILIDAD VS COMPOSICIN (% peso)

TEMP. MISCIBILIDAD VS COMPOSICIN (mol)

g.) Indicar, en las grficas construidas, las reas que representan una fase y las reas que representan dos fases

REAS DE FASES

h.) Aplique la regla de la palanca a 63C para un 40% de fenol, calcule la composicin de la fase 1 y la fase 2

Del porcentaje de peso de fenol, hallamos por una interpolacin la masa del fenol (40%) y agua (60%):

Donde

De la regla de la palanca: De la ecuacin (4) vista anteriormente, calculamos la composicin de la fase 1 () y la fase 2 ().

Reemplazamos (2) en (1):

i.) Calcular el porcentaje de error que existe entre la temperatura crtica terica y experimental

1. OBSERVACIONES: Para calcular el %Peso de fenol y agua se realiz con la proporcin de volumen dado en la tabla1 y su respectiva densidad. Para obtener el %Molar utilizamos el peso de fenol y agua con la proporcin de peso encontrada y su respectivo peso molecular (PM). El experimento se llev a cabo a temperatura de laboratorio 21C y una presin de 1atm. Tener presente que el sistema fenol-agua son lquidos parcialmente miscibles a temperatura de ambiente. Al registrar la temperatura de miscibilidad para cada concentracin obtuvimos diferente tomas para cada medicin como se muestra en la tabla 2. Al registrar la temperatura de turbidez para cada concentracin obtuvimos diferente tomas para cada medicin como se muestra en la tabla 2. Para la concentracin de 75% y 85% se observ que eran completamente miscibles (homogneas) a temperatura de ambiente las cuales se le aproxim a temperaturas determinadas como podemos ver en la tabla 2, las dems eran turbias. Al graficar la Grafica 1 (Miscibilidad vs. %Peso) y Grafica 2 (Miscibilidad vs. %Molar) nos ajustamos a su curva para calcular la temperatura mxima de la miscibilidad del sistema fenol-agua Nuestros grficos incluyen las miscibilidades de las dos sustancias (fenol-agua) tanto en %Peso, como en %Molar para obtener un mejor grfico.

1. CONCLUSIONES: Se comprob que el sistema fenol-agua son lquidos parcialmente miscibles a temperatura de ambiente, es decir, se convierte completamente miscibles al variar la temperatura. Se logr obtener una temperatura mxima (Tmx = 75C) para un sistema liquido-liquido (fenol-agua), que es la temperatura critica de miscibilidad para el sistema, como podemos observar en el Grafico 1 (Miscibilidad vs. %Peso) y en el Grafico 2 (Miscibilidad vs. %Molar), lo cual se aleja mucho al valor esperado (Tc = 65.85C). En el Grafico 1 (Miscibilidad vs. %Peso) y el Grafico 2 (Miscibilidad vs. %Molar) podemos observar el comportamiento de la solubilidad para el sistema, es decir, que a medida que se incrementa la temperatura en el sistema aumenta la solubilidad mutua del fenol y agua. Se logr diferenciar las reas que representan una fase y dos fases, como podemos observar en el resultado del Grafico 3, y podemos decir que por encima de la temperatura critica del sistema, los lquidos sern completamente miscibles (homogneos) y por debajo sern inmiscibles (heterogneos) en cualquier proporcin. Los objetivos de la prctica se cumplieron satisfactoriamente, si bien los resultados obtenidos experimentalmente no fueron los esperados. Se puede decir que el contenido intelectual que pretenda transmitir la prctica fue transferido con xito y se puede asegurar que al realizar la prctica adquirimos la experiencia que se deseaba que obtuviramos con este ejercicio.

1. RECOMENDACIONES: No olvidar tener puesto los elementos de proteccin personal de laboratorio: el mandil blanco, guantes y otros implementos. Para una buena obtencin de la temperatura crtica (Tc) se debe adecuar el manejo adecuado del equipo a utilizar. Tener en cuenta el volumen (aproximadamente iguales) de cada concentracin para tomar medidas precisas. Se debe estar atento al momento de hacer el calentamiento del agua por que puede ocurrir accidentes como quemaduras. Tratar de obtener errores bajos en las mediciones ya sea cuando se va a determinar la temperatura de miscibilidad y el de turbidez. Estar atento y tener precaucin a la hora de trabajar con el fenol (corrosivo y txico).

1. BIBLIOGRAFA: Fisicoqumica, segunda edicin, Gilbert W. Castelln. LEVINE, Vol. 1Fisicoqumica.3 edicin. Editorial McGraw-Hill. Mxico, 1990. Fundamentos de fisicoqumica, 3 edicin. Samuel H. Maaron, Carl F. Prutton.