UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II

DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA TERNARIO

Profesores:

- Cardenas Mendoza, Teodoro - Paucar Cuba, Karin

Integrantes:

- Cribillero Loayza, Jair Martín - Céspedes Godoy, Anthony César

Sección: “B”

Fecha de entrega: 09/04/2013

LIMA – PERÚ

INDICE

I. Objetivos

II. Fundamento Teórico

III. Parte Experimental:

IV. Datos:

Datos experimentales. Datos bibliográficos.

V. Tratamiento de datos y resultados

VI. Discusión de resultados

VII. Conclusiones

VIII. Recomendaciones

IX. Aplicaciones

X. Referencias bibliográficas

“DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA TERNARIO”

I. OBJETIVOS

Comprender el comportamiento de un sistema ternario conformado por agua, cloroformo y ácido acético a temperatura ambiente.

Obtener datos para la gráfica de la curva de solubilidad del sistema ternario: ácido acético + cloroformo + agua.

Trazar las líneas reparto en un diagrama triangular.

II. FUNDAMENTO TEORICO

La regla de las fases de Gibbs establece que:

F = C + 2 - π

Donde F es el número de grados de libertad del sistema, C es el número de componentes y π es el número de fases.

De acuerdo a esta regla, cuando observa una sola fase (π = 1) en un sistema de tres componentes (C = 3) como el que se estudia, los grados de libertad son 4.

En un sistema de líquido-liquido ternario, las variables a considerar son 5: (T, P y las composiciones de cada uno de los tres componentes). Por lo tanto, para describirlo completamente habrá que fijar 4 de las 5 variables del sistema. Como los gráficos de tantas variables son muy difíciles de interpretar, se elige mantener algunas de ellas constantes y graficar las restantes una contra otras. En este caso se trabajará en condiciones de presión y temperatura constantes y se graficarán las composiciones de sus tres componentes en un diagrama triangular, en unidades de porcentaje en masa.Para sistemas ternarios, el método más común de representar gráficamente la relación de composiciones a presión y temperatura constantes, es mediante el uso de un triángulo equilátero (Triángulo de Gibbs) donde cada vértice representa a un componente puro. Por ejemplo, en la Fig.1:

Fig. 1. Diagrama para representar composiciones de un sistema ternario

Un diagrama de fase ternario típico que represente dos fases líquidas inmiscibles es el de la Fig. 2.

Fig. 2. Diagrama de solubilidad para un sistema ternario.

La curva de solubilidad se forma por los puntos extremos de cada una de las líneas de unión que representan las composiciones en el equilibrio en cada una de las fases. Estas líneas de unión no son paralelas a la base del triángulo ni entre sí. Conforme se sube por la curva de solubilidad, las concentraciones de las fases se van acercando hasta llegar al punto crítico (o punto de pliegue) donde las composiciones en ambas fases son iguales.

III. PARTE EXPERIMENTAL

Equipos, materiales y reactivos.

Bureta de 50mL

Dos matraz erlenmyer de 125mL

Dos peras de decantación de 50 mL

Probeta de 10mL

Vaso de precipitado de 50mL

Vaso de precipitado de 400mL

Piceta de 50mL

Pinzas y aros

Cloroformo, Acido Acético e Hidróxido de sodio

Curva de solubilidad

Línea de unión

Punto

B

C

A

2 fases1 fase

Procedimiento Experimental

A. Líneas de Reparto

En nuestro caso nos tocó preparar las mezclas 3 y 4 en dos peras de decantación. Agitar durante 20 minutos cada muestra y dejar en reposo 15 minutos. Una vez alcanzado el equilibrio de fases decantar 2ml de la solución de menor densidad

(fase acuosa o rica en agua) sobre una probeta previamente limpia, seca y pesada. Pesar nuevamente la probeta más la solución y anotar el peso, luego agregue dicha

solución a un matraz limpio y seco. Valorar los 2ml aproximadamente de solución anterior con NaOH 0.4N en presencia de

dos gotas de fenolftaleína.

B. Curva Binodal

En nuestro caso se preparó en dos matraces limpios y secos la mezcla 5 y 6 utilizando las buretas que contienen los reactivos asignados.

Adicionar lentamente a cada mezcla, ácido acético contenido en una bureta hasta observar la desaparición de fases. Anotar el volumen de ácido acético empleado.

IV. DATOS

Datos Experimentales

A. Líneas de Reparto

N° de pera de decantación

Composición de mezcla (ml)

Masa, Volumen y densidad de mezcla a

titular

Fase rica en aguaVolumen de NaOH(ml)

1 – (3)Agua: 4.5

Cloroformo: 6Ácido acético: 1.5

1.92 g2.0 ml

0.96 g/ml12.5 ml

2 – (4)Agua: 5

Cloroformo: 3Ácido acético: 5

2.15 g2.2 ml

0.98 g/ml29.4 ml

Tabla 1. Volumen de NaOH para cada pera de decantación

B. Curva Binodal

N°Mezcla 1 2 3 4 5 6 7 8Agua(ml) 0.3 0.4 0.7 1.5 18.5 10.0 6.5 6.0

Cloroformo(ml) 11.0 9.5 8.5 7.2 0.2 1.0 2.5 5.0Ácido acetico(ml) 4.6 4.5 5.0 6.0 1.0 9.5 11.7 22.9

Tabla 2. Volumen de cada reactico en la mezcla.

Datos Bibliográficos

Reactivo Densidad a 27°C en (g/ml)H2O 0.996

CHCl3 1.476CH3COOH 1.0486

Tabla 3. Densidades a 27°C

Concentración de NaOH: [NaOH] = 0.4N

V. TRATAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOS

A partir de los datos obtenidos del procedimiento B, complete el siguiente cuadro y grafique el diagrama de fases correspondiente en papel triangular.

N° de mezcla

% en peso Fracción molarH2O CHCl3 HAc H2O CHCl3 HAc

1 1.39 76.02 22.58 0.07 0.58 0.352 2.08 73.26 24.66 0.10 0.54 0.363 3.77 67.89 28.36 0.18 0.45 0.374 8.12 57.71 34.17 0.3 0.32 0.385 93.20 1.49 5.30 0.98 0.00237 0.01676 47.12 6.98 45.89 0.76 0.017 0.237 28.23 16.09 55.68 0.60 0.052 0.358 15.99 19.75 64.26 0.42 0.078 0.50

Tabla4. Porcentajes y fracciones molares para cada mezcla.

Con los datos obtenidos del procedimiento A, complete el siguiente cuadro y grafique en el diagrama de fases las líneas de reporte correspondientes.

N° de Mezcla Fase rica en cloroformo

Fase rica en agua

% peso HAc % peso HAc4 29.1 40.345 18.2 30.52

Cálculos típicos

Para los puntos de formación de la curva de solubilidad

Hallamos la masa para cada reactivo en cada solución:

masa=Densidad x Volumen

Calculamos el porcentaje en masa de cada reactivo:

%masa=masareactivomasatotal

Luego hallamos los moles de cada reactivo:

moles= masamasamolar

Hallamos la fracción molar para cada reactivo:

Fracciónmolar= número demolesnúmerode moles totales

Para las líneas de reparto

Para la pera de decantación contenida la mezcla 3:

(¿equivalentemol solucionacida=(Nbase )x (Vbase)

masa solucionacida=Nbase xVbase xMmolarHAc x10−3

Reemplazando para la ecuación dada:

masa solucionacida=(0.4N ) x (12.5 x10−3L ) x 60.05 g /mol

macido=0.3 g

Consideramos el volumen da la solución como el volumen del ácido acético ya que esta solución es de carácter acido.

Hallando el porcentaje para la masa del ácido acético calculado:

% pesoHAc=macido

mtotal de solucionx100

Reemplazando los datos:

% pesoHAc= 0.3 g1.92 g

x 100

% peso HAc = 15.625%

Para la pera de decantación en la mezcla 4 se obtiene:

% peso HAc = 32.84%

VI. DISCUSION DE RESULTADOS

Cuando analizamos los resultados obtenidos, como se puede apreciar en la gráfica del diagrama ternario, Agua- Cloroformo - Ácido Acético, se deduce que es un sistema de tres componentes donde un par de ellos presentan miscibilidad parcial, en nuestro caso este par es Agua- Cloroformo.

La curva binodal mostrada en dicho diagrama indica que toda composición que está contenida dentro de ella dará una formación de una solución acuosa y otra orgánica, formando disoluciones ternarias conjugadas.

Las líneas de unión inscritas dentro de la curva binodal tienes pendientes distintas. Esto se debe al aumento de las solubilidades del cloroformo y el agua en presencia del ácido acético.

Toda composición que este fuera de la curva binodal dará una disolución homogénea de los tres líquidos, la regla de fases establece que para definir el sistema en este caso serán necesarios dos grados de libertad, será necesario fijar la composición de dos componentes y la tercera composición será conocida.

VII. CONCLUSIONES

La miscibilidad del cloroformo y del agua depende totalmente de la concentración de ácido acético que se encuentra en la disolución.

La mezcla de los tres líquidos forman disoluciones ternarias conjugadas, es decir, una solución acuosa y otra orgánica.

Por encima del punto máximo de la curva binodal, será una solución homogénea de una fase líquida.

Una mezcla por debajo y dentro de la curva forma dos fases líquidas insolubles saturadas de composición en equilibrio.

VIII. RECOMENDACIONES

Cuando agitamos la pera de decantación durante 20 minutos, previamente liberar el aire encerrado por la pera de decantación.

Tener mucho cuidado al agregar CH3COOH de la campana, ya que el ácido es puro y tiene un olor fuerte y muy irritante.

Lavar la bureta de manera constante ya que adicionamos ácido donde había base anteriormente.

IX. BIBLIOGRAFÍA

- Atkins, P.W.FISICOQUIMICA. 3era Edición .Cáp.9. Año 1982. Pág.: 234,236-230.

- http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/7cloroformo.pdf