PRACTICA Tres Componentes

7/23/2019 PRACTICA Tres Componentes

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UMSA QMC-206PRACTICA # 7

“SISTEMA LIQUIDO DE TRES COMPONENTES”

1. OBJETIVO

1 Construir en forma experimental la cueva binodal (o curva de solubilidad) y laslíneas de unión para el sistema ternario: cloroformo, agua y ácido acético

! "nterpretar el diagrama de fases de un sistema ternario, aplicando la regla de lasfases

2. FUNDAMENTO TEORICO

#n un sistema en e$uilibrio el potencial $uímico de cada componente debe ser el mismoen cual$uier parte del sistema %i &ay varias fases presentes, el potencial $uímico decada componente (sustancia) debe tener el mismo valor en cada fase, en la $ue seencuentre el componente

#xisten sistemas de un componente y varios componentes, entre estos pueden existiruna o varias fases

%e puede &acer una generali'ación referente al nmero de fases $ue puede coexistir enun sistema llamada regla de las fases #sta regla fue deducida y demostrada por *illard +ibbs y está dada por la siguiente ecuación:

- C . / 0 ! (1)

onde:

- +rados de 2ibertad (arian'a)

/ - 3mero de /ases en el sistema

C - 3mero de Componentes

1 - 3mero referido a las variables de presión y temperatura

2a regla de las fases nos proporciona un adecuado control de ideas acerca de lose$uilibrios entre fases en sistema más complicados

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1



UMSA QMC-206

#n un sistema lí$uido de tres componentes (C - 4) de acuerdo a la regla de las fases lavarian'a del sistema será:

- C . / 0 ! - 4 5 / 0 ! - 6 . / (1)

%i se fi7an la presión y la temperatura la varian'a será:

- 4 . / (!)

e modo $ue el sistema tendrá como máximo dos grados de libertad, $ue representan alas variables de composición relacionadas mediante la siguiente ecuación:

81 0 8! 0 84 - 1 (4)

#s decir, $ue si variamos dos de las tres variables de composición, automáticamente latercera es fi7ada %i existen ! fases lí$uidas el sistema el sistema será monovariante, esdecir $ue si se llega a variar cual$uiera de las composiciones, las composiciones de lassoluciones con7ugadas en el sistema $uedan automáticamente definidas por medio deuna de las líneas de unión de las muc&as $ue existen en la 'ona bifásica

Diagrama Triangular

9ara la representación gráfica de un sistema lí$uido de tres componentes es convenienteel empleo del diagrama riangular e$uilátero como el $ue se muestra en la /ig 1 dondelos vértices del triángulo representan a un componente puro

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UMSA QMC-206

Cada lado del triángulo se divide en 1;; partes, para así tener la composición centesimal,cual$uier punto del lado del triángulo representa una me'cla binaria

<n punto en el interior del triángulo representa una me'cla ternaria, el = de > en lame'cla correspondiente al punto 9 está dado por los segmentos 9a o 9a?@ en formaanáloga el = de A está dado por los segmentos 9b o 9b? y finalmente el = de C es iguala los segmentos 9c o 9c?, en síntesis se tiene:

= > - 9a @ = A - 9b @ = C - 9c

2os diagramas triangulares se utili'an como isotermas o diagramas a temperatura

constante

Si!"ma Ai$% A&!i% ' Cl%r%(%rm% ' Agua

#n este sistema se tienen los siguientes pares:

B! 5 CB4CB son totalmente miscibles entre sí

CBCl4 5 CB4CB son totalmente miscibles entre sí

CBCl4 5 B! son parcialmente miscibles entre sí

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Acido Acético

100%

Agua

100%

E

R

M

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#n la anterior figura se muestra el diagrama de fases para este sistema a temperaturaambiente y presión atmosférica

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4

Cloroformo



UMSA QMC-206Cuando se agrega agua al cloroformo se obtiene un sistema &omogéneo, siempre $ue lacantidad de agua no exceda la correspondiente al punto de saturación indicado por 8 #lagregado posterior de agua separa al sistema en dos fases %i la composición inicial delsistema es D, al agregar ácido acético, éste se distribuye entre las dos fases formando

las soluciones ternarias con7ugadas, cuyas composiciones están indicadas por los puntos# y E 2a línea $ue los une se denomina línea de unión o línea de reparto y no es paralelaa la base del triángulo debido a $ue el ácido acético es más soluble en agua $ue encloroformo

> medida $ue se va agregando más ácido acético, las líneas de unión se van acortando&asta $ue se llega al punto 9, donde las soluciones con7ugadas tienen la mismacomposición a este punto se le denomina punto de pliegue

<na me'cla preparada cuya composición está dada por el punto F, se separa en dosfases con7ugadas de composición # y E, la línea de unión se determina separando ambasfases y pesándolas para luego anali'ar el contenido de ácido acético en ambas fases>plicando la regla de la palanca para soluciones con7ugadas de la me'cla se tiene:

onde:

E - Cantidad de la solución con7ugada rica en CBCl4

# - Cantidad de la solución con7ugada rica en B!

F - Cantidad de la me'cla

8E - /racción en peso de ácido acético en E

8# - /racción en peso de ácido acético en #

8F - /racción en peso de ácido acético en F

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). APARATOS * REACTIVOS

2os materiales $ue se usaron fueron los siguientes:

1 ! Auretas de 6; ml

! G Fatraces erlenmeyer de 16; ml

4 ! 9in'as para buretas

H >nillos

6 #mbudos de separación de 1!6 ml

G %oportes universales

I ! 9ipetas de 6 ml

J 1 9ipeta de 1; ml

K 1 9robeta de 6; ml

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6



UMSA QMC-2062os reactivos fueron:

1 Lcido acético glacial

! Cloroformo

4 Bidróxido de %odio

H /enolftaleína

+ >gua estilada

,. PROCEDIMIENTO E-PERIMENTA

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7



ona orgánica ona acuo!a "#n$

Prepara una mezca !e " m !e c#r#$#rm# % 0&" m !e a'ua en un Erenme%er !e (00m

A're'ar )c*!# ac+,*c# !e!e una .ure,a /a,a #.,ener una #uc*n cara1

An#,ar e #umen !e )c*!# ac+,*c# 'a,a!#1

Repe,*r e pr#ce!*m*en,# a're'an!# a a mezca reu,an,e 0&" 3(3(&"3(0 % (" m !e a'ua ca!a ez1

Prepara una mezca !e ( m !e c#r#$#rm# % 2&" m !e a'ua en #,r# Erenm

A4a!*r )c*!# ac+,*c# % #.,ener una #uc*n cara 1

A're'ar 5 p#rc*#ne !e 2&" m !e a'ua % en ca!a ca# a're'ar )c*!# ac+,*c# /a,a ue a ,u

Preparar ,re mezca !e a *'u*en

Trapaar a # em.u!# !e eparac*n % a'*,ar *'

Pear ca!a una !e a $ae

Uar ,#!a a $ae #r')n*ca % una a9cu#,a !e " m !e

SISTEMA L;QUIDO DE TRES COMPONENTES

UMSA QMC-206

Página

'



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+. CACUOS * CUESTIONARIO

Eeali'amos reorgani'ando nuestra &o7a de cálculos:

/%na Org0nia

NV%lum"n CCl)

ml3

V%lum"n 2O

ml3

V%lum"n

C)COO

ml3

1 6 ;6 H;

! 6 1; 6H

4 6 !6 J;

H 6 I6 16;

6 6 1I6 !G;

G 6 4!6 H16/%na Au%a

NV%lum"n

CCl)

ml3

V%lum"n 2O

ml3

V%lum"n

C)COO

ml3

1 1 !6 6G

! 1 6; J!

4 1 I6 11H

Página

(



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H 1 1;; 1H6

6 1 1!6 1I;

4n"a $" Uni5n

9reparación:

M"6la CCl)ml3 C)COO ml3 2O ml3

> 6!6 4I6 G;;

A H6; 6!6 6!6

C H6; GI6 4I6

9esos y olmenes de cada fase:

(2os pesos se &allaron directamente en laboratorio aprovec&ando las bondades dela balan'a electrónica usada %e taró el peso de cada probeta vacía, de modo $ueluego se midiera directamente el peso de cada fase 2os volmenes fueronmedidos directamente con la probeta correspondiente)

M"6la Fa"

Org0nia

P"% g3

Fa"

Org0nia

V%lum"n

ml3

Fa" Au%a

P"% g3

Fa" Au%a

V%lum"n

ml3

> I;K; 6!; K6H; K!;A G6!; H46 1;HJ 1;6

C 6I1; H6; 1;I1; 1;1

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1. D"!"rminar l% %r"n!a8" "n "% $" l%r%(%rm%9 ai$% a&!i% :

agua $" a$a m"6la9 !a;ular r"ul!a$%.

/%na Org0nia

V%lum"n CCl)

ml3

V%lum"n 2O

ml3

V%lum"n

C)COO

ml3

6 ;6 H;

6 1; 6H

6 !6 J;

6 I6 16;

6 1I6 !G;

6 4!6 H16

>plicando la ecuación: m < V

ρCHCL3=1.47 ( gml )

ρCH 3COOH =1.05 ( gml )

ρ H 2O=1( g

ml)

TABA1=

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Maa CCl)

g3

Maa 2O

g3

Maa

C)COO

g3

Maa T%!al

g3

I46 ;6 H!; 1!;6

I46 1; 6GI 1H;!

I46 !6 JH; 1J!6

I46 I6 16I6 4;G;

I46 1I6 !I4; 6!16

I46 4!6 H46J J4H4

#ntonces las fracciones en peso serán:

TABA2=

> CCl) > 2O >C)COO

G1;; H16 4HJ6

6!H! I14 H;HHH;!I 14I; HG;4

!H;! !H61 61HI

1H;K 446G 6!46

JJ1 4JK6 6!!H

/%na Au%a

TABA)=

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V%lum"n CCl)

ml3

V%lum"n 2O

ml3

V%lum"n

C)COO

ml3

1 !6 6G

1 6; J!

1 I6 11H

1 1;; 1H6

1 1!6 1I;

>plicando la ecuación: m < V

ρCHCL3=1.47 ( gml )

ρCH 3COOH =1.05 ( gml )

ρ H 2O=1( g

ml

)

TABA,=

Maa CCl)

g3

Maa 2O

g3

Maa

C)COO

g3

Maa T%!al

g3

1HI !6 6JJ KJ6

1HI 6 JG1 16;J1HI I6 11KI !;KH

1HI 1; 16!! !GGK

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1HI 1!6 1IJ6 41J!

#ntonces las fracciones en peso serán:

TABA+=

> CCl) > 2O >C)COO

1HK! !64J 6KI;

KI6 441G 6I1;

I;! 46J! 6I1G

661 4IHI 6I;!

HG! 4K!J 6G1;

2. ?ra(iar la ur@a ;in%$al uan$% l% r"ul!a$% %;!"ni$% "n "l

an!"ri%r un!%9 %ml"!ar %n l% igui"n!" $a!%= una %lui5n

a!ura$a $" agua "n l%r%(%rm% %n!i"n" > "n "% $"

l%r%(%rm%. Mi"n!ra u" la %lui5n %n8uga$a $" l%r%(%rm% "n

agua %n!i"n" 1. > $" l%r%(%rm% !am;i&n "n "%.

#l presente grafico se reali'ara en un papel milimetrado mostrando en comportamientode cada sustancia:

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). Tra6ar la l4n"a $" uni5n

La c#mp#*c*#ne en #umen !e a mezca #n7

M$)cla Clorofor

mo

Acido

Acético

Agua

A <"= 2"= 50=

> <0 = <" = <" =

C <0 = 5" = 2" =

9esos y olmenes:

M$)cla *a!$

+rgánica

P$!o ,g-

*a!$

+rgánica

.olum$n

,ml-

*a!$

Acuo!a

P$!o ,g-

*a!$

Acuo!a

.olum$n

,ml-

A I;K; 6!; K6H; K!;

> G6!; H46 1;HJ 1;6

C 6I1; H6; 1;I1; 1;1

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Página

1'



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Para la !oluci&n A/

Página

1(



UMSA QMC-206

HAc gr

HAc

grHAcmol

grHAc

grHAceq

mol

grNaOH eqccNaOH m

m

m HAc

HAc gr

HAc

m

mol

grHAc

grHAceq

mol

grNaOH eqccNaOH m

m

m HAc

oaoa

ACUOSO

HAcACUOSO ACUOSP

O HAcORGANIC

O HAcORGANIC

ORGANICO

O HAcORGANIC ORG

% 61.17100*54.9

gr68.1%

68.11

60*

1

HAc1*

1

HAcgr-eq1*

NaOHcc1000

gr -eq2*14

100*%

% 46.8100*09.7

gr60.0%

HAcdegr60.0

1

60*

1

HAc1*

1

HAcgr-eq1*

NaOHcc1000

gr -eq2*0.5

100*%

coscos

organico

==

=

−−

=

=

==

=

=

−−

=

=

Para la !oluci&n /

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20



UMSA QMC-206

HAc gr

HAc

grHAcmol

grHAc

grHAceq

mol

grNaOH eqccNaOH m

m

m HAc

HAc gr

HAc

m

mol

grHAc

grHAceq

mol

grNaOH eqccNaOH m

m

m HAc

oaoa

ACUOSO

HAcACUOSO ACUOSP

O HAcORGANIC

O HAcORGANIC

ORGANICO

O HAcORGANIC ORG

% 76.21100* 10.48

gr28.2%

28.21

60*

1

HAc1*

1

HAcgr-eq1*

NaOHcc1000

gr -eq2*19.

100*%

% 99.13100*520.6

gr0.912%

HAcdegr912.0

1

60*

1

HAc1*

1

HAcgr-eq1*

NaOHcc1000

gr -eq2*6.7

100*%

coscos

organico

==

=

−−

=

=

==

=

=

−−

=

=

Para la !oluci&n C/

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UMSA QMC-206

oaoa

ACUOSO

HAcACUOSO ACUOSP

O HAcORGANIC

O HAcORGANIC

ORGANICO

O HAcORGANIC ORG

grHAcmol

grHAc

grHAceq

mol

grNaOH eqccm

HAcm

m HAc

HAc gr

HAc

m

mol

grHAc

grHAceq

mol

grNaOH eqccNaOH m

m

m HAc

coscos

organico

724.21

60*

1

HAc1*

1

HAcgr-eq1*

NaOHcc1000

gr -eq2*7.22

%43.2510071.10

724.2100*%

% 12.23100*71.5

gr32.1%

HAcdegr32.1

1

60*

1

HAc1*

1

HAcgr-eq1*

NaOHcc1000

gr -eq2*11

100*%

=

−−

=

=×==

==

=

=

−−

=

=

,. In$iar la @arian6a $"l i!"ma $"n!r% : (u"ra $" la ur@a ;in%$al :

"n l% $% la$% $"l $iagrama.

entro de la curva binodal es

- C 5 /0! (9, , x i)

Como 9 y es constante y &ay tres componentes, se tiene:

- 4 . /

Babiendo reali'ado este análisis, efectuamos el análisis en las diferentes regiones del

diagrama:

1 en la región monofásica:

/ - 1 ⇒ - 4 51 - !

! en la región bifásica:

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UMSA QMC-206/ - ! ⇒ - 4 5 ! - 1

4 en una línea de unión:

/ - !, pero: MN también es constante, ya $ue sobre una línea de unión ya esta definida

⇒ - C 5 / - 4.! - 1

+. D"!"rmin" "l un!% li"gu".

Babiendo ya tra'ado las líneas de unión extrapolamos y tra'amos una línea de unión&acia el punto de pliegue o punto de coso luto por tal ra'ón se lee de la gráfica:

= C:<COO: ? =:2O ? =C:C< ?

. P%r u" n% u"$" aliar" la l": $" $" r"ar!% a la %lui%n"

%n8uga$aG

#n 14K1 se formula la ley del reparto, dada por 3erst, esta ley se &a aplicado al estudiode problemas a nivel teórico y práctico, como el proceso de extracción, el de análisis y

determinación de las constantes de e$uilibrio, las cuales dependen de la temperaturadada

9oniendo de e7emplo a la extracción, este procedimiento se utili'a a nivel de laboratorio eindustrial #n el primero se utili'a para remover una sustancia de un lí$uido o de unsólido mediante la utili'ación de un solvente orgánico como éter, cloroformo, benceno,tetracloruro de carbono o en agua

> nivel industrial se aplica en la remoción de elementos no deseables en el productofinal, pero para esto se necesita saber la cantidad de solvente a utili'ar y el nmero deveces $ue se a de efectuar el ciclo de la extracción, ya $ue no se debe desperdiciarreactivos ni energía

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23



UMSA QMC-206ebido a $ue el ácido acético es más soluble en el agua $ue en el cloroformo

7. D"(inir l% u" igni(ia aa r"(ina$a : aa "H!ra!%.

2a capa refinada es la solución con7ugada rica en la fase orgánica, en nuestrocaso rica en cloroformo

2a capa extracto es la solución con7ugada rica en la fase acuosa, es decir rica enagua

. CONCUSIONES

1 %e construyo en forma experimental la curva binodal y las líneas de unión para elsistema ternario: cloroformo, agua y ácido acético

1 %e comprobó la regla de las fases usando el diagrama triangular, observando elcambio de fases respecto a la composición de cada elemento

! 2a limitada solubilidad de los componentes ocasiona $ue se formen dos lí$uidos,pero al agregar un tercero (ácido acético) este ocasiona la disolución, formándoseentonces dos soluciones ternarias con7ugadas en e$uilibrio

4 >l reali'ar los cálculos se tuvo problemas con respecto de las líneas de unión

puesto $ue a mi parecer se tuvieron confusiones al anotar los valores de la masasde las dos fases orgánica y acuosa puesto $ue la fase orgánica es la mas densapor lo tanto en el embudo de separación la fase orgánica estará en el fondo, porlo $ue tuve $ue &allar la progresión $ue seguiría las masas &alladas

, 9or ultimo la nica recomendación $ue tengo es $ue en laboratorio se debería detener mayor cantidad de reactivos puesto $ue nos &i'o difícil &acer la práctica

7. BIBIO?RAFIA

1 +uía de 2aboratorio M%istema lí$uido de res componentesN@ "ng orge >vendaOo

! /"%"CP<QF"C> M%istema ernarioN, o&n B Feiser

4 "nternet 9ág 2ey de reparto

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24



UMSA QMC-206, Aiblioteca #ncarta M%istema ernarioN

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25

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