CONTENIDO

I Resumen

II Introduccin

III Principios Tericos

IV Procedimiento experimental

V Tablas de datos y resultados

VI Ejemplo de clculos

VII Conclusiones y Recomendaciones

VIII Bibliografa

IX Apndice: Cuestionario

RESUMENEn esta experiencia estudiamos el Equilibrio Lquido-Vapor, el cual tuvo como objetivo, determinar la composicin y temperatura de la mezcla azeotrpica (Agua Propanol), la primera se hall haciendo el diagrama % molar del componente ms voltil VS. ndice de refraccin.Comparando las temperaturas de ebullicin de dichas sustancias, se observ que el propanol fue elcomponente ms voltil.La temperatura de ebullicin de la mezcla se obtuvo al graficar Temp. de ebullicin vs. Composicin (Agua Propanol).Las condiciones de laboratorio en que se trabaj fueron: presin ambiental 756 mmHg, temperatura ambiente 23 C y humedad relativa 97%.

INTRODUCCINEl requerimiento bsico para separar los componentes de una mezcla lquida por destilacin es que la composicin del vapor sea diferente de la composicin del lquido del cual se forma, esto es lo que sucede en las mezclas azeotrpicas. Las cuales se definen como mezclas de dos componentes las cuales hierven a temperaturas ms altas o ms bajas que sus respectivos puntos de ebullicin.Toda mezcla azeotrpica posee un punto mximo o mnimo en el cual el vapor que se forma tiene la misma composicin que la del lquido del cual procede. En esta situacin los componentes no pueden ser separados por destilacin fraccionada. Al llegar al punto de ebullicin, sea mximo o mnimo la temperatura de la mezcla permanece constante hasta que el lquido se agote.La composicin de la mezcla azeotrpica es constante a una presin dada, pues cuando la presin vara tambin cambia la temperatura y la composicin de la mezcla. En consecuencia las mezclas azeotrpicas no son compuestos definidos sino que se deben a las interacciones de las fuerzas intermoleculares de la solucin.

PRINCIPIOS TERICOSCuando dos lquidos se ponen en contacto mutuo, tres tipos de sistemas binarios pueden ser observados experimentalmente segn el grado de miscibilidad de los lquidos considerados:a) ambos lquidos son inmiscibles (Ej.: CS2 y H2O)b) ambos lquidos son parcialmente miscibles (Ej.: fenol y agua)c) ambos lquidos son miscibles en todas proporciones (Ej.: agua y etanol)En el estudio de sistemas de lquidos miscibles, la ley de Raoult, la cual ha sido deducida a partir del comportamiento de las soluciones a bajas concentraciones, sirve de base para comprender el comportamiento que presentan estas mezclas. Esta ley establece que la presin de vapor de cada uno de los componentes de la mezcla binaria puede ser expresada como:pA = xA p*A y p B = x B p* Bdonde p*A y p* B son las presiones de vapor de los componentes puros a la temperatura de trabajo; x A y x B son las fracciones molares de los componentes A y B en el lquido. (Emplearemos y A e y B para referirnos a las fracciones molares en la fase gaseosa).Se define como solucin ideal a aquella que se comporta segn la ley de Raoult para cada uno de los componentes, en todo el rango de concentracin. Los sistemas reales pueden presentar mayor o menor alejamiento del comportamiento ideal, segn el grado de interacciones intermoleculares que existe en la fase lquida.

De estas ecuaciones la presin total de vapor P sobre tal solucin es: 0P = P1 + P2P = P1N1 + P2N2Para cualquier sistema y temperatura dados P1 y P2 son constantes, y unagrfica de P contra N2 deber ser una lnea recta con P = P1 a N2 = 0 y P =P2 a N2 = 1.

DestilacinLa destilacin es una operacin utilizada con frecuencia para la purificacin y aislamiento de lquidos orgnicos. La destilacin aprovecha las volatilidades y puntos de ebullicin de los componentes lquidos a separar.La destilacin depende de parmetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presin, composicin, energa.* El equilibrio entre el vapor y el lquido de un compuesto esta representado por la relacin de moles de vapor y lquido a una temperatura determinada, tambin puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.* La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la cantidad de energa proporcionada al sistema, tambin influye en la composicin del vapor y el lquido ya que esta depende de las presiones del vapor.* La presin tiene directa influencia en los puntos de ebullicin de los lquidos orgnicos y por tanto en la destilacin.* La composicion es una consecuencia de la variacin de las presiones de vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.* Puntos de ebullicin, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros a las que sus presiones de vapor igualan a la presin atmosfrica, producindose el fenmeno llamado ebullicin.Se puede observar que si una pequea cantidad de vapor se evapora desde una disolucin de composicin a, el vapor que se forma tiene una composicin mayor en el componente ms voltil que la disolucin de partida a. Una sola destilacin no es adecuada para conseguir una separacin apreciable de los 2 componentes, a menos que stos presenten puntos de ebullicin muy separados.En la prctica se hace uso de la destilacin fraccionada, en el proceso de destilacin se repite varias veces, condensando algo de vapor, recogindole y volviendo a vaporizar.En la prctica se utiliza una columna de destilacin por pasos que realiza el proceso de fraccionamiento automticamente.El aparato de destilacin consta de un baln, que contiene la mezcla de los lquidos que se quieren separar y la columna a travs de la cual el vapor asciende y se pone en contacto con el lquido que refluye. Durante el ascenso del vapor y el reflujo del lquido, el sistema alcanza el equilibrio. Los rendimientos vienen determinados por el nmero de platos que presentan lascolumnas.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL1. Determinacion de los puntos de ebullicion del Sistemaa) Se arm un equipo especial para puntos de ebullicin, que consta de un balnde 125mL, un refrigerante de reflujo (agua), un separador para retirar eldestilado. El equipo se lav y sec completamente.b) Se coloc 25 mL de A en el baln y se insert el termmetro de tal manera quesu bulbo qued sumergido aproximadamente hasta la mitad en el lquido.c) Se calent lentamente la muestra del baln hasta obtener una ebullicinvigorosa a temperatura constante. Se anot la temperatura deebullicin.d) Con una pipeta se tom una muestra de aproximadamente 1 mL del residuo enun tubo limpio y seco, se tapo para evitar la volatizacin de la muestra, al mismotempo se extrajo aproximadamente 1 mL el destilado del separador, el exceso dedestilado se agreg al baln, tambin se tap.e) Se aadi cada incremento segn la tabla 5 y se repiti los pasos c) y d) paracada incremento.f) Se lav y sec el baln. Se coloc 25 mL de B en el baln y se procedisimilarmente que con A, pero con los incrementos de la tabla 6.

2. Determinacin de la composicin de las mezclasa) En tubos con tapn de corcho, se prepar 3 mL de las mezclas indicadas en latabla 3 midiendo las temperaturas de A y B.b) Se midi el ndice de refraccin de las mezclas preparadas en a).c) Se midi los ndices de refraccin de cada muestra de destilado y residuo.TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

CONDICIONES DE LABORATORIO

TEMPERATURA (C)PRESIN (mmHg)HUMEDAD (%)

2375697

DATOS TERICOS

SUSTANCIADENSIDAD (g/ml)PESO MOLECULAR (g/mol)

AGUA0.997618

1-PROPANOL0.8034 60.1

NDICES DE REFRACCIN Y COMPOSICIN MOLAR (TERICO)

N MUESTRAVOLUMEN DE A (ml)VOLUMEN DE B (ml)NDICE DE REFRACCIN% MOLAR DE B

1301,3330

22,90,11,3480,82

32,80,21,3581,69

42,50,51,3654,60

52,10,91,37059,36

61,71,31,377515,57

71,41,61,38121,60

8121,384532,54

90,52,51,385554,66

10031,386100

DATOS OBTENIDOS DE LA DESTILACIN

Volumen del incremento de B para aadir a 20ml de AT ebullicin (c)Residuo 1 ()Destilado 1 ()

20 ml A99.01.33311.3331

20 ml A+ 1 ml B94.01.33891.3731

20 ml A+ 3 ml B90.01.35851.3751

20 ml A+ 5 ml B89.51.36251.3754

20 ml A+ 8 ml B88.51.37121.3759

20 ml A+ 9 ml B88.01.37401.3769

20 ml A+ 10 ml B87.01.37811.3783

Volumen del incremento de Apara aadir a 20ml de BT ebullicin (c)Residuo 2 ()Destilado 2 ()

20 ml B96.51.38501.3850

20 ml B + 1 ml A93.51.38321.3823

20 ml B + 3 ml A92.01.38281.3805

20 ml B + 5 ml A89.01.38251.3800

20 ml B + 8 ml A88.01.38171.3791

20 ml B + 9 ml A87.51.38021.3783

20 ml B + 10 ml A87.01.37851.3784

DATOS INTERPOLADOS DE LA CURVA PATRN

N de Muestra% Molar A en RESIDUO1 % Molar de A en DESTILADO1

100

20.311.5

31.713.5

43.513.7

59.514.3

612.516.1

716.517.5

N de Muestra% Molar A en RESIDUO 2 % Molar de A en DESTILADO 2

14242

228.524.2

32421

42320.5

522.518.5

620.617.3

717.617.2

EJEMPLOS DE CLCULOSPARA HALLAR EL PORCENTAJE MOLAR DEL COMPONENTE MAS VOLTIL

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La separacin de dos lquidos obtenida por vaporizacin y condensacin no es muy precisa si es que estos lquidos no tienen puntos de ebullicin muy diferentes. Las curvas de composicin del vapor, son necesarias para una separacin racional de los lquidos por destilacin. Se debe evitar el sobre calentamiento de la solucin pues se estara en una temperatura mayor a la cual se destila la solucin. Al calentar el baln con el mechero se debe evitar que el fuego del mechero calienta directamente el bulbo del termmetro; para eso se debe calentar por los costados del baln para evitar una temperatura incorrecta. Limpiar el refractmetro con acetona comercial antes de medir el ndice de refraccin de cada muestra.

BIBLIOGRAFA

- Handbook of Chemistry and Physics, 54th edition, Ed CRC Press, 1975 Pag: C-455 , C-369- Castellan G., Fisicoqumica, 1ra ed., Fondo Educativo Interamericano, Mxico 1978, pgs. 283-284, 305-310.- Pons G., Fisicoqumica, versin SI, 6ta ed., Ed. Universo, Lima 1985, pgs. 278, 286-290, 296.- Gordon M. Barrow, Qumica Fsica, Ed. Reverte, Barcelona- Buenos Aires-Mxico 1954, Pg.540.

APNDICECUESTIONARIO1.- Para las mezclas binarias ideales, explique la aplicacin de las leyes de Dalton y Raoult.Supngase que dos lquidos, A1 y A2 sean voltiles y completamente miscibles, y admtase adems que los dos lquidos se disuelven uno en otro para formar soluciones ideales. Como las soluciones son ideales entonces se obtiene:P1 = X1 P01 P2 = X2 P02Estas ecuaciones son expresiones de la ley de Raoult, que establece que la presin parcial de vapor de un componente voltil de una solucin es igual a la presin de vapor del componente puro multiplicado por la fraccin molar de ese componente en la solucin. A partir de estas ecuaciones la presin total de vapor P, en dicha solucin es:P = P1 + P2= X1 P01 + X2 P02Las relaciones anteriores que demanda la ley de RAOLUT se aplican a las presiones de vapor totales y parciales como funcin de las fracciones molares de los componentes en solucin. Para obtener la relacin entre la composicin de una solucin y la composicin de una solucin y la composicin del vapor encima de ella, sea Y2 la fraccin molar de A2 en el vapor sobre una solucin de composicin X2 .Entonces, de acuerdo con la ley de las presiones parciales de DALTON : Y2 = P2/P

2.- Explique la solubilidad de los gases en los lquidos. En que casos se aplica la ley de Henry y la ley de Dalton. El efecto de la presin sobre la solubilidad de un gas dado en un liquido particular a Temperatura constante, se puede obtener fcilmente examinando el proceso inverso, es decir, considerando el gas como un soluto que se vaporiza para establecer una presin de vapor sobre la solucin . Para el ultimo caso se aplica la ecuacin:F2 (g)/ A2 = KDonde F2(g) es la fugacidad del gas sobre la solucin y A2 es la actividad del gas en la solucin. Si la fase gaseosa y la solucin se comporte idealmente, entonces:F2(g) = P2 , A2 = X2P2 /X2 = K ; X2 = K/ P2Estas nuevas ecuaciones se conocen como la ley de Henry y establece que a temperatura constante la solubilidad de un gas en un liquido es directamente proporcional a la presin del gas sobre el liquido.La estricta aplicabilidad de la ley de Henry se limita a presiones bajas. A presiones elevadas la ley es menos exacta, y las constantes de proporcionalidad tiene una variacin considerable. Por lo general cuanto mas alta sea la temperatura y mas baja sea la presin, mas exactamente se cumplir la ley.Adems, esta ley, en la forma dada antes, no se aplica cuando el gas disuelto reacciona con el disolvente o cuando se ioniza el gas disuelto. Cuando la ionizacion en la solucin es completa, la ley no se cumple en absoluto. Las desviaciones en los casos de reaccin qumica y disociacin se pueden comprender y corregir fcilmente al advertir que la ley de Henry es valida solo cuando se aplica a la concentracin en la solucin de la especie molecular tal como existe en la Fase gaseosa y no para la concentracin total de la solucin. Cuando varios gases se disuelven simultneamente en un solvente, segn Dalton la solubilidad de cada gas en una mezcla de gases es directamente proporcional a la presin parcial del gas en la mezcla. Siempre que en la ley de Henry se cumpla que X2 es la concentracin y P es la presin parcial de cada gas.

3.- En que casos se aplica la destilacin fraccionada a presin constante.El requerimiento bsica para separar los componentes de una mezcla liquida por destilacin es que la composicin del vapor sea diferente de la composicin del liquido del cual se forma. Si la composicin del vapor es la misma como la del lquido, el proceso de separacin de los componentes es imposible por destilacin. Tal cosa sucede con las mezclas azeotropicas.A excepcin de las mezclas azeotropicas, todas las mezclas liquidas tienen puntos de ebullicin que se encuentran dentro de aquellas de sus componentes puros. Variando la composicin de la mezcla varia de manera regular, desde el punto de ebullicin de uno de sus componentes hasta del otro

DIAGRAMA X-Y DEL COMPONENTE VOLTIL