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LABORATORIO N° 5: SISTEMA TERNARIO, EQUILIBRIO LIQUIDO- LIQUIDO

1. OBJETIVO:

Obtener experimentalmente datos suficientes para construir el diagrama de concentración – temperatura del sistema cloroformo, agua y ácido acético.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

EQUILIBRIO LIQUIDO-LIQUIDO:

Muchos pares de especies químicas que se deben mezclar para formar una

sola fase líquida dentro de ciertos límites de composición podrían no

satisfacerel criterio de estabilidad de la ecuación. Por consiguiente, tales

sistemas, se separan en este intervalo de composición en dos fases líquidas

de composiciones diferentes.

Si las fases están en equilibrio termodinámico, el fenómeno es un ejemplo

delequilibrio líquido-líquido (ELL), el cual es importante para operacionesindus

triales, por ejemplo, la extracción con disolventes. Los criterios de equilibrio

para ELL son los mismos que para el EVL, es decir, uniformidad de T y P y de

la fugacidad, para cada una de las especies químicas a través de ambas

fases.

EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO

La extracción liquido-liquido consiste en la separación de los constituyentesde

una disolución liquida por contacto con otro liquido inmiscible que disuelve

preferentemente a uno de los constituyentes de la disolución original,

dandolugar a la aparición de dos capas liquidas inmiscibles de diferentesdensi

dades.La disolución a tratar se denomina alimentación, recibiendo el

nombre de de disolvente el líquido que se pone en contacto con ella. Después

del contacto entre la alimentación y el disolvente se obtiene dos fases

liquidas, denominadas: extracto (la más rica en disolvente) y refinado (la más

pobre en disolvente). Separando el disolvente del extracto y del refinado se

obtienen el producto extraído y el producto refinado. Como lo que se pretende

en la extracción es dividir la disolución liquida original en producto extraído y

producto refinado, es fundamental la separación del disolvente añadido a la

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solución. De aquí que la recuperación del disolvente haya de efectuarse de

modo sencillo y económico. En cualquier proceso de extracción se necesita.

1. Contacto de la solución liquida original con el disolvente

2. Separación de las fases liquidas formadas (extracto y refinado).

3. Recuperación del disolvente.

Estos tres apartados conforman lo que se llama comúnmente estadio,

etapa ounidad de extracción, que recibe el nombre de ideal o teórico cuando e

lcontacto entre la disolución liquida y el disolvente ha sido lo suficientemente

íntimo para que las fases líquidas separadas tengan las concentraciones en

consonancia a las condiciones de equilibrio. Los diversos métodos de

extracción difieren en la forma de efectuar la mezclacon el disolvente y en

la separación de las fases formadas en cada uno de los estadios o etapas.La

separación se basa además en las distintas solubilidades del soluto en las

2fases, la siguiente figura ilustra el proceso.

REPRESENTACION GRAFICA DE SISTEMAS TERNARIOS.

TRIANGULO EQUILATERO.

En este diagrama los vértices, se representan los componentes puros;

sobrecada lado se representan  las mezclas binarias de los componentesque

se encuentran en los vértices correspondientes a ese lado, y cualquier punto

del interior representa una mezcla. Una representación:

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PROPIEDADES DEL TRIANGULO DE CONCENTRACIONES:

El triángulo equilátero tiene iguales sus lados, sus ángulos internos y

externos, sus alturas, sus transversales de gravedad y sus bisectrices. Cada

altura coincide con la transversal de gravedad, con la bisectriz y con la

simetría correspondiente de modo que el baricentro es a la vez ortocentro y

centro del triángulo.

Si los lados del triángulo expresan las concentraciones de A, B y C (en

fracciones molares o en porcentaje en peso), entonces la concentración de A,

B y C de un punto P cualquiera en el interior del triángulo viene dada por:

AB’= xB (o porcentaje de B)

BC’ = xC (o porcentaje de C)

CA’ = xA (o porcentaje de A)

Una transversal cualquiera, por ejemplo CQ en la figura, es el lugar

geométrico de los puntos que cumplen la condición xA/ xB= constante, o bien

%A/ %B= constante, en el caso que el triángulo esté expresado en porcentaje

en peso.

Una paralela a cualquier lado del triángulo, por ejemplo MN / AB en la figura,

debe satisfacer la relación que la suma de las concentraciones de los

componentes ubicados en el lado paralelo es constante. Así, para MN se

tiene xA +xB = 1 – xC = constante, o bien (%A +%B)=100-%C = constante.

Si se elige, por ejemplo el punto P ubicado en el interior del triángulo AQC de

la figura, las concentraciones de él pueden quedar expresadas en términos de

A, Q y C, pero es imposible expresarlas en términos de Q, B y C porque el

triángulo QBC ni siquiera contiene al punto P.

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3. MATERIALES Y REACTIVOS 1 bureta de 25 ml 1 pipeta de 25 ml 3 matraz de Erlenmeyer de 125 ml 1 probeta de 50 ml 1 soporte universal 1 bombilla Agua destilada Ácido acético 100ml aprox. Cloroformo 150ml aprox.

4. PROCEDIMIENTO:

Con la ayuda de la pipeta y la bombilla, se mide un volumen de ácido acético y se deposita en el matraz de Erlenmeyer.

En la probeta se mide otro volumen de cloroformo y se vierte en el matraz de Erlenmeyer, junto con el ácido acético que se vertió anteriormente.

En la bureta, se deposita agua destilada, hasta la marca y se procede a titular la solución de ácido acético y cloroformo.

La titulación llega a su fin una vez que sobre la superficie de la solución se perciba una mancha aceitosa uniforme.

Se registran los volúmenes de agua gastadosen la titulación, para cada composición de ácido acético y cloroformo, habrá un volumen distinto de agua.

5. CALCULOS Y RESULTADOS:

Los datos tomados en la experiencia:

VOLUMEN DE CLOROFORMO

(ml)

VOLUMEN DE ÁCIDO ACÉTICO (ml)

VOLUMEN DE AGUA GASTADO

(ml)36 4 3.432 8 2.828 12 1.718 12 2.315 15 4.38 12 5.26 14 7.12 18 13

Cuadro N°1

Hallamos el peso de cada componente:ρCloroformo=1.489g /mlρÁcido acético=1.05 g/ml

ρagua=1g /ml

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Cuadro N°2Hallamos el % en peso de cada componente:

Cuadro N°3

6. CONCLUSIONES:

Los resultados (composiciones de la mezcla ternaria) obtenidos fueronrepresentados en un diagrama triangular, la curva binodal fue calculada utilizando un papel milimetrado en el cual registramos los puntos hallados para la curva de solubilidad. Las respectivas composiciones de la mezcla ternaria en el equilibrio fueron determinadas y presentadas en el cuadro nº 3.

7. BIBLIOGRAFÍA:

Coulson, J.M. y J.F. Richardson. “Ingeniería Química. Tomo II. Operaciones básicas”. Editorial Reverté, Barcelona, 1988.

Hines, A.L. y R.N. Maddox. “Mass Transfer. Fundamentals and Applications”. Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, 1985.

Henley, E.J. y Seader, J.D. “Operaciones de separación por etapas de equilibrio en Ingeniería Química”. Reverté, Barcelona. 1988.

CLOROFORMO(g) ÁCIDO ACÉTICO(g)

AGUA(g)

53.604

4.2 3.4

47.648 8.4 2.8

41.692 12.6 1.7

26.802 12.6 2.3

22.335 15.75 4.3

11.912 12.6 5.2

8.934 14.7 7.1

2.978

18.9 13

CLOROFORMO ÁCIDO ACÉTICO

AGUA

87.58 6.86 5.55

80.97 14.27 4.76

74.46 22.50 3.04

64.27 30.21 5.52

52.70 37.16 10.15

40.09 42.41 17.50

29.07 47.83 23.10

8.54 54.19 37.27

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