Diagrama de Fases de Un Sistema Ternario1 - Copia

7/29/2019 Diagrama de Fases de Un Sistema Ternario1 - Copia

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE ING. QUMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE FISICOQUMICA IIQU435 C

PERIODO ACADMICO 2011I

DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA TERNARIO

o Profesores:Ing. BULLN CAMARENA, OlgaIng. HERMOZA GUERRA, Emilia

o Integrantes:MERCADO GRANADOS, JOSDIAZ RODRGUEZ, JORGE

o Grupo: 3

LIMAPER


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INDICE

1. OBJETIVOS Pg. 3

2. FUNDAMENTO TEORICO Pg. 3

3. DATOS Pg. 6

3.1.DATOS EXPERIMENTALES Pg. 6

3.2.DATOS BIBLIOGRFICOS Pg. 6

4. TRATAMIENTO DE DATOS Pg. 6

5. DISCUSIN DE RESULTADOS Pg. 9

6. CONCLUSIONES Pg. 10

7. RECOMENDACIONES Pg. 10

8. BIBLIOGRAFA Pg. 10


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DIAGRAMA DE FASES DE UN SISTEMA TERNARIO

1. OBJETIVOSo Analizar el comportamiento de un sistema ternario conformado por agua, cloroformo y

cido actico a temperatura ambiente.o Producir un diagrama de fases presentando la curva de solubilidad y las de lneas de repartode tal sistema ternario en observacin.

2. FUNDAMENTO TERICO

De acuerdo a la regla de las fases de Gibbs, cuando observa una sola fase en un sistema de trescomponentes como el que estudiaremos, los grados del libertad son 4 . Por lo tanto, para describirlocompletamente habr que fijar 4 de las 5 variables del sistema (T, P y concentraciones de cada unode los tres componentes). Como los grficos de tantas variables son muy difciles de interpretar, seelige mantener algunas de ellas constantes y graficar las restantes una contra otras. En nuestro caso

se trabajar en condiciones de presin y temperatura constantes y se graficar el nmero de fasesdel sistema respecto de las concentraciones de sus tres componentes en un diagrama triangular, enunidades de porcentaje en masa.

Para un sistema dado de tres componentes lquidos, existirn composiciones para las cuales lasolubilidad es completa, resultando la mezcla en una sola fase. Entonces, a P y T cte., sern 2 losgrados de libertad, debiendo establecerse dos de las tres concentraciones para describircompletamente la situacin del sistema. Pero pueden darse composiciones en las cuales se supera lasolubilidad y aparecen dos fases inmiscibles, cada una con los tres componentes en cierta

proporcin.

Nuestro objetivo es construir y aprender a manejar un diagrama ternario, determinando la curva desolubilidad del sistema ternario por titulacin hasta la aparicin desaparicin de dos fases. Estacurva lmite separa la zona de composiciones que dan un sistema monofsico de las que dan unsistema bifsico.

Cmo leer el grfico:

Los compuestos puros se ubican en los vrtices del tringulo. Los lados del tringulo representancomposiciones de mezclas binarias entre pares de componentes (ej. : lnea AC % en masas demezclas de A y C).

Las lneas paralelas a un lado del tringulo representan las concentraciones del componente que seencuentra en el vrtice opuesto ( ej.: b y b respecto del componente B , desde el 0% de B en la

lnea AC hasta el 100% de B en el vrtice B)- Fig.1-


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Por lo tanto, cuando comienza a agregarse un tercer componente a una mezcla binaria, lascomposiciones totales de los sistemas que se forman, se van ubicando a lo largo de una recta queune la composicin de partida con el vrtice del tercer componente.-Fig 2-

Si, como se observa en la misma Fig.2, por agregado de un tercer componente, se pasa de unsistema monofsico a uno bifsico o viceversa, se ha cruzado la lnea lmite curva de solubilidad

del sistema en uno u otro sentido. Ese punto se observar como turbidez aspecto lechoso previo ala formacin de fases en el otro caso a la solubilizacin total de las mismas.

Se graficarn las composiciones en % en peso de esos puntos, para distintas mezclas de partida,estableciendo entre todos los grupos el diagrama de fases del sistema en estudio a la presin ytemperatura del da en que se realiz el trabajo prctico.

Diagramas ternarios como ste tienen mltiples aplicaciones en el campo de la tecnologa y laindustria. Son el resultado de muchsimo trabajo experimental cuyos resultados se utilizan para la

prediccin del comportamiento de los sistemas respecto a sus fases en distintas condiciones.

PROPIEDADES DEL TRIANGULO DE CONCENTRACIONES

El tringulo equiltero elegido para representar las concentraciones de un sistema ternario tiene laenorme ventaja de ser una figura muy regular con bastante simetra, y con una geometra muysimple. A continuacin se vern las propiedades geomtricas que se usan al estudiar el equilibrioheterogneo en sistemas ternarios.

1. El tringulo equiltero tiene iguales sus lados, sus ngulos internos y externos, sus alturas,sus transversales de gravedad y sus bisectrices. Cada altura coincide con la transversal degravedad, con la bisectriz y con la simetral correspondiente de modo que el baricentro es ala vez ortocentro y centro del tringulo.

2. Si los lados del tringulo expresan las concentraciones de A, B y C ( en fracciones molares oen porcentaje en peso), entonces la concentracin de A, B y C de un punto P cualquiera en elinterior del tringulo viene dada por:

BXAB ' (O porcentaje de B);

CXBC ' (O porcentaje de C);

AXCA ' (O porcentaje de A);


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Si el punto P est expresado en coordenadas dadas en porcentaje en peso, no tiene porqucoincidir con el punto P equivalente, expresado en coordenadas dadas en fracciones molares.

3. Una transversal cualquiera, por ejemplo CQ en la figura, es el lugar geomtrico de lospuntos que cumplen la condicin CteXX BA / , o bien CteBA %/% , en el caso que eltringulo est expresado en porcentaje en peso.

4. Una paralela a cualquier lado del tringulo, por ejemplo MN / AB en la figura, debesatisfacer la relacin que la suma de las concentraciones de los componentes ubicados en ellado paralelo es constante. As, para MN se tiene CteXXX CBA 1 , o bien

CteCBA %100)%(% 5. Si se elige, por ejemplo el punto P ubicado en el interior del tringulo AQC de la figura, las

concentraciones de l pueden quedar expresadas en trminos de A, Q y C, pero es imposibleexpresarlas en trminos de Q, B y C porque el tringulo QBC ni siquiera contiene al puntoP.

LNEAS Y REGLAS DE ALKEMADE

Se entiende por lnea de Alkemade dentro o en la periferia de un diagrama ternario, la recta que unelas composiciones de 2 fases primarias cuyas reas son adyacentes y la interseccin de las cualesforma una curva lmite entre fases. Dicho en otras palabras es la lnea que une a un compuesto ABcon el tercer componente del sistema ternario.

Esta definicin es muy importante para una correcta interpretacin de ternarios, y para el trabajo deaplicacin de los diagramas.

Las lneas de Alkemade dependen de los datos experimentales, luego son resultados o consecuenciade ello.

Como las lneas de Alkemade son muy importantes en los enfriamientos, se ven dos reglasimportantes.

Reglas de Alkemade:

1. La temperatura, a lo largo de una curva lmite entre fases, decrece alejndose de la lnea deAlkemade.

2. La temperatura mxima en una curva lmite entre fases se encuentra en la interseccin desta con la lnea de Alkemade (o en la extrapolacin de sta en el caso que no la corte)


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3. DATOSa) Datos experimentales Temperatura de trabajo: 27,0 C. Presin de trabajo: 753 mmHg.

LINEA DE REPARTON de mezcla 3 4

Volumen de agua (mL) 4,5 5,0Volumen de CHCl3 (mL) 6,0 3,0

Volumen de CH3COOH (mL) 1,5 5,0Tabla 1. Volumen de reactivos para la experiencia

N demezcla

Volumen deMuestra (mL)

Masa deprobeta M1(g)

Masa de probeta+ muestra M2 (g)

Masa demuestra:M2M1

(g)

Volumen deNaOH (mL)

3 2,0 26,8 28,6 1,8 13,04 2,0 26,8 28,83 2,03 29,5

Tabla 2. Masa de la solucin acuosa y volumen uti li zado de NaOH al ti tular

CURVA BINODAL

N de mezcla1 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Volumen de agua (mL) 0,1 0,3 0,4 0,7 1,5 18,5 10,0 6,5 6,0 18Volumen de CHCl3 (mL) 7 11 9,5 8,5 7,2 0,2 1,0 2,5 5,0 1

Volumen de CH3COOH (mL) 2 4,8 5,2 4 6,1 8,8 9,4 10,4 12,4 3,4Tabla 3. Volumen de reactivos uti li zados en cada muestra

[NaOH] = 0,484 Nb) Datos bibliogrficos H2O = 0,998 g/mL (a 20C) CHCl3 = 1,489 g/mL CH3COOH = 1,049 g/mL Peso molecular CH3COOH = 60,05 g/mol

4. TRATAMIENTO DE DATOSo LINEAS DE REPARTO Para hallar las lneas de reparto necesitamos de dos puntos, el tercero queda ya definido

por la extrapolacin.


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F igur a 3. Lnea de reparto

Donde el punto A queda definido por las concentraciones iniciales (% Peso) de los trescomponentes, mientras que B se define la concentracin de la mezcla (rica en agua) en lacurva binodal.

Para hallar el punto A necesitamos saber el porcentaje en peso de cada componenteinicialmente en la mezcla. Para esto se emplear la siguiente frmula:

Para hallar la masa de cada componente se har:

Y para hallar la masa total se emplear:

Tomando los datos de la Tabla 1 y los datos bibliogrficos, se obtiene para la mezcla 3:Componentes mi (g) % Componentei

Agua 4,49 30CHCl3 8,93 60

CH3COOH 1,57 10mt = 14,99 g

Tabla 4. Porcentaje de los componentes para ubicacin en el tr iangulo.

Tomando los datos de la Tabla 1 y los datos bibliogrficos, se obtiene para la mezcla 4:Componentes mi (g) % Componentei

Agua 5,0 34CHCl3 4,5 31

CH3COOH 5,2 35mt = 14,7 g

Tabla 5. Porcentaje de los componentes para ubicacin en el tr iangulo.


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Para hallar el punto B (composicin de la mezcla rica en agua), utilizaremos la titulacina partir del cual obtendremos el nmero de moles del CH3COOH.

[] []

[]

NOTA: 1 y 2 para los dos casos es igual a uno.

Una vez obtenida el nmero de moles de CH3COOH lo multiplicamos por su masamolar, para as obtener la masa del mismo, este se divide entre la masa total de lamuestra tomada para la titulacin y se multiplica por 100% y se obtiene as el porcentajeen peso del CH3COOH.

Con el porcentaje de CH3COOH es suficiente para hallar el punto B ya que alinterceptarse ste con la curva binodal se obtendr dicho punto.

Tomando los datos de la Tabla 2, la [] y el peso molecular del CH3COOH seobtiene:

Tabla 6. Porcentaje de cido actico en la solucin acuosa.o CURVA BINODAL

F igur a 4. Curva binodal

Como la curva binodal se caracteriza por ser el lmite entre el sistema cuando esmonofsico y cuando presenta dos fases, solo sera necesario encontrar el porcentaje en

peso cuando este lmite sucede. Para esto se emplear la siguiente frmula:

N de mezcla Masa de muestra Volumen de NaOH (mL) % CH3COOH3 1,8 13 21

4 2,03 29,5 42


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Para hallar la masa de cada componente se har:

Y para hallar la masa total se emplear:

Tomando los datos de la Tabla 3 y los datos bibliogrficos de densidadesN Mezcla 1' 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% agua (peso) 0.791 1.38 2 3.98 8.04 65.96 46.79 30.71 22.65 78.04

% CHCl3(peso) 82.59 75.43 70.72 72.11 57.59 1.06 6.98 17.63 28.16 6.47% CH3COOH

(peso 16.62 23.2 27.23 23.91 34.37 32.97 46.23 51.66 49.2 15.49

Puntos C D E F G H I J K L

5. DISCUSIN DE RESULTADOS al agitar las peras ,el CHCl3 se burbujea con agua que es diferente a que el agua sea soluble, ello causa

errores al momento de titular la fase rica en agua ya que se encontrara menos agua de lo respectivo, yaque el agua se encuentra en burbujas suspendidas en el CHCl3 por ello es necesario el tiempo de reposo

6.1 - los grados de libertad en todo el triangulo varan segn la grafica:

En la pera al momento de dejar que se separen H2O y CHCl3 se observa que la parte superior (fase ricaen agua) es turbia y la parte inferior (fase rica en cloroformo) es transparente.

Se debe votar los vapores que se desprenden dentro de la pera a cada momento.


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Es sumamente importante secar las peras para realizar el experimento obteniendo resultados msacertados.

6. CONCLUSIONESo Las lneas de reparto se consiguen solamente con dos puntos el tercero queda definido por

extrapolacin.o En la pera de decantacin se observo dos fases se vio una fase encima de otra la fase

superior correspondi a la acuosa mientras que la fase inferior correspondi a la fase rica encloroformo, ya que este es ms denso en comparacin al agua.

o La utilizacin de acido actico sirvi para hacer un grfico TIPO I donde ste es miscible enlas otras dos sustancias.

o Se comprob que el acido actico mejor la solubilidad de las otras dos sustancias entre s,esto se observa por la existencia de la curva binodal, donde por encima de esta se ve unsistema monofsico.

o La mezcla de los tres lquidos forman disoluciones ternarias conjugadas, es decir, dos capassaturadas, una acuosa y otra orgnica.

o El cido actico es ms soluble en agua que en el cloroformo , formando lneas de unin(reparto) no horizontales y con pendientes distintas.

o Por encima del punto mximo de la curva binodal, ser una solucin homognea de una faseliquida.

o Una mezcla por debajo y dentro de la curva forma dos fases liquidas insolubles saturadas decomposiciones en equilibrio.

o Las lneas que unen las composiciones en equilibrio son las denominadas lneas de unin.o Los grados de libertad necesariosdentro de la curva binodal es de uno, en cambiopor

encima de esta es de dos grados de libertad.

7. BIBLIOGRAFIA Atkins, P.W.FISICOQUIMICA.3era Edicin .Cp.9.Ao 1982.PAG 234,236-230. Castellan, G.W.FISICOQUIMICA.2DA Edicion.Massachusetts, EEUU. Editorial Fondo Educativo

Interamericano S.A. Ao 1976.Pg 342-346

Maron Prutton.FUNDAMENTOS DE FISICOQUIMICA. 28ava Edicin Mxico .Editorial LimusaS.A. Ao 2002 .Pg 383-386.
http://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml

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