UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFacultad de Qumica e Ingeniera Qumica

MAR11FQI-A

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFacultad de qumica e ingeniera qumicaDepartamento acadmico de fisicoqumicaLaboratorio de fisicoqumica IDiagrama de solubilidadProfesor:Garca Villegas, VctorAlumnos:Alvarado Huanca, Manuel Augusto13070026Caycho Quiones, Jos Antonio13070031Echevarria Urbizagastegui, Enzo13070169Gonzles Caramantn Carlos Jhozimar 13070098Saavedra Casco, Yesenia Luz13070200Fecha de realizacin de la prctica:11 de noviembreFecha de entrega del informe:18 de noviembreLima-Per2014-II

NDICE

RESUMEN3INTRODUCCION4PRINCIPIOS TERICOS5PARTE EXPERIMENTAL71.1.Materiales, equipos y reactivos71.2.Procedimiento experimental7DISCUSION DE RESULTADOS15CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES16BIBLIOGRAFA17CUESTIONARIO18

RESUMEN

La presente experiencia se desarroll bajo las condiciones de laboratorio de: 19C, 756 mmHg y 92% de humedad relativa.

El objetivo en la experiencia fue determinar la curva de solubilidad en un sistema lquido de tres componentes, empleando un diagrama triangular de solubilidad.

Al comenzar tuvimos que preparar soluciones que contengan 10 mL de soluciones que tengan 10%, 15%, 20% y 25% en volumen de cido actico (CH3COOH) en agua, luego todas estas soluciones fueron tituladas con n-butanol hasta poder observar una turbidez (lmite de emulsin). Similarmente preparamos soluciones de 10 mL con 10%, 20%, 30% y 40% en volumen de cido actico (CH3COOH) en n-butanol pero esta vez la titulamos con agua destilada hasta observar una turbidez (lmite de emulsin).

Continuando con el procedimiento, calculamos el ttulo de NaOH 1N con CH3COOH para titular la solucin de 20 mL de cido actico, nbutanol y agua al 10%, 45% y 45% respectivamente y poder calcular el porcentaje en peso de cido actico en la fase orgnica y la fase acuosa, finalmente representar en un diagrama triangular nuestros resultados.

INTRODUCCION

El diagrama de solubilidad de tres fases, tambin conocido como diagrama de solubilidad de sistema ternario es un grfico triangular en el que cada vrtice representa un compuesto al 100% y disminuye conforme se aleja del mismo punto. Un punto en cualquier zona dentro del tringulo representa dicho porcentaje de cada compuesto dando un total de 100% de la mezcla. Se utiliza fundamentalmente en campos de lafisicoqumicaen el que se permite ver al mismo tiempo la influencia de tres elementos en una disolucin, as como enpetrologa, mineraloga,metalurgiay otras ciencias fsicas en los que sea necesario mostrar la composicin de sistemas compuestos de tres especies diferentes.

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

En esta experiencia, el porcentaje en peso de cido actico de cada fase se proyectan las lneas de unin del sistema. Con el diagrama completo se determinara el punto mximo y el punto crtico isotrmico del sistema, adems de los grados de libertad.

Los diagramas de lquidos ternarios son de considerable valor en problemas de separacin y extraccin con solventes y gracias a ellos es posible deducir si la separacin buscada puede realizarse y en cuales condiciones de operacin para lograr resultados ptimos.

PRINCIPIOS TERICOSSOLUBILIDADEs una medida de la capacidad de disolverse de una determinadasustancia(soluto) en un determinado medio (solvente). Implcitamente se corresponde con la mxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente a una temperatura fija. Puede expresarse en unidades deconcentracin:molaridad,fraccin molar, etc. SISTEMA DE TRES COMPONENTES

En un sistema de tres componentes, los grados de libertad son Si el sistema consta de una sola fase, se necesitan cuatro variables para describirlo, que pueden tomarse convenientemente como T, p, x1, x2. No es posible dar una representacin grfica en tres dimensiones y mucho menos en dos. En consecuencia, es costumbre representar el sistema a temperatura y presin constantes. Los grados de libertad son por consiguiente, F = 3-P, de modo que el sistema tiene como mximo dos variables de composicin x1, x2 y x3, relacionados mediante x1 + x2 + x3 = 1. Especificando dos de ellas se fija el valor de la tercera. El mtodo de Gibbs y Roozeboom emplea un tringulo equiltero para la representacin grfica. La figura 1 ilustra el mtodo. Los puntos A, B y C de los vrtices del triangulo equiltero representan el 100% de A, 100% de B y 100% de c. Las lneas paralelas a AB representan los varios porcentajes de C. Cualquier punto de la lnea AB representa un sistema que contiene el 0% de C. Cualquier punto sobre xy representa un sistema que contiene 10% de C, etc.

EQUILIBRIO LQUIDO-LQUIDOSe hace un anlisis de dos lquidos parcialmente miscibles cuando se agrega un tercero, soluble en ambos, el sistema formado consistir en dos

Fases. Dentro del tringulo, tales sistemas son representados por una curva binodal. Los puntos en el interior de la regin delimitado para la curva representan los sistemas de dos fases, y los puntos de esta regin representan los sistemas homogneos. Por consiguiente, los puntos en la curva representan la frontera entre estas dos situaciones. Al lado de la base al tringulo, las dos fases poseen la composicin suficientemente diferente: uno de ellos rico en el componente B y la otra pobre en C, y a otro rico en C y la otra pobre en B. Se forma una nica fase, lo que ocurre en un punto, el Punto llamado Pliegue. Esto ocurre porque, al alejarse la base, nosotros estamos aumentando la cantidad del agregado al sistema, lo de que no slo provoca el aumento del porcentaje, sino el aumento de la solubilidad mutua de B y C. Experimentalmente, el diagrama ternario de fase se ha hecho para mezclas conocidas de 2 lquidos miscibles y se agrega volmenes conocidos de un tercer lquido hasta que la turbidez aparezca. Calculando los fragmentos molares de cada componente en el momento dnde la turbidez aparece, los puntos en el diagrama son determinados y permite el trazado del diagrama el sistema en cuestin.

PARTE EXPERIMENTAL

0. Materiales, equipos y reactivos

Erlenmeyers de 125 mL con tapon, erlenmeyers de 100 mL con tapon, buretas de 25 mL, vasos de 100 mL, pera de decantacin, tubos medianos con tapon, pipetas de 1,5 y 10 mL, gradilla.

Agua, n butanol, acido acetico, solucin de NaOH 1N, fenolftaleina.

0. Procedimiento experimental

Determinacin de la curva de solubilidad:

a. Lave y seque en la estufa todo el material de vidrio.b. En erlenmeyers de 125 mL, prepare 10 mL de soluciones que contengan 10, 15, 20 y 25 % en volumen de cido actico en agua; mantener las muestras tapadas. Mida la temperatura de cada componente puro.c. Titule dichas soluciones con n-butanol, agitando constantemente, despus de cada agregado, hasta la primera aparicin de turbidez. Mantenga tapados los erlenmeyers durante la valoracin.d. De la misma forma, prepare 10 mL de soluciones que contengan 10, 20, 30 y 40% del volumen de cido actico en n-butanol y titlelas con agua destilada, hasta la primera aparicin de turbidez.

Valoracin de la solucin de NaOH aprox. 0.1N:

a. Para determinar el ttulo de la base con cido actico, pese un Erlenmeyer de 100mL (con tapn y seco), mida 1 mL de cido actico, tape, pese nuevamente con exactitud. Titule el cido con la solucin de NaOH aprox. 0.1N, usando el indicador de fenolftalena.

Determinacin de la lnea de reparto:

a. En la pera de decantacin seca, prepare 20 mL de una mezcla que contenga exactamente 10% de cido actico, 45% de n-butanol y 45% de agua.b. Agite bien la mezcla durante 10 minutos, luego separe cada una de las fases en un tubo con tapn, desechando las primeras gotas y la interface. Denomine A a la fase acuosa (inferior) y O de la fase orgnica (superior).c. Pese un Erlenmeyer de 100mL, limpio y seca con tapn y mida en el, 5 mL de una de las fases, tape rpidamente y vuelva a pesar. Empleando indicador fenolftalena, valore dicha muestra con la solucin de NaOH aprox. 1N, hasta coloracin grosella.d. Repita C) con la otra fase.

TABLA DE DATOSCondiciones experimentales:P (mmHg)756

T (C)19

%humedad92

Determinacin de la curva de solubilidad:Mezcla gaseosa (% cido actico) 10 mL

HAc(mL)H2O (mL)Gasto n-butanol (mL)

191.3

1.58.51.8

283.2

2.57.54.8

Mezcla organica (% cido actico) 10 mL

HAc (mL)n-butanol (mL)Gasto H2O (mL)

192.9

284.8

379.4

4618.6

Valoracin de la solucin de NaOH aprox. 0.1NWmatraz= 68.6742 gWmatraz+HAcetico=69.7396 gVgastado NaOH =15 mL

Determinacin de la lnea de reparto: (2mL HAc + 2mL n-but + 9mL H2O)Solucion acuosa (5mL):Wmatraz= 49.9965 gWmatraz+HAcetico=54.9295 gVgastado NaOH =6.9 mL

Solucion organica (5mL):Wmatraz= 72.9950 gWmatraz+org=77.4280 gVgastado NaOH =8.1 mL

CALCULOS

1. Porcentajes en peso de cada componente en las mezclas.

cido actico con agua titulada con n-butanol.Tendremos: Dnde:

Por lo tanto, en 10% de cido actico con agua al titularla con n-butanol: Los porcentajes sern:

En 15% de cido actico con agua al titularla con n-butanol:

Los porcentajes sern:

En 20% de cido actico con agua al titularla con n-butanol:

Los porcentajes sern:

En 25% de cido actico con agua al titularla con n-butanol:

Los porcentajes sern:

cido actico con n-butanol titulada con agua.

Tendremos:

En 10% de cido actico con n-butanol al titularla con agua:

Los porcentajes sern:

En 20% de cido actico con n-butanol al titularla con agua: Los porcentajes sern:

En 30% de cido actico con n-butanol al titularla con agua:

Los porcentajes sern:

En 40% de cido actico con n-butanol al titularla con agua: Los porcentajes sern:

1. Ttulo de la soda en gramos de cido por mililitros de NaOH.

1. Porcentaje en peso de cada componente de la mezcla de cido actico, n-butanol y agua. Composicin global de la mezcla.

Los porcentajes sern:

1. Porcentaje de cido actico en cada una de las fases:

FASE ACUOSA:

FASE ORGNICA:

TABLA DE RESULTADOS

1) Porcentajes en peso de los componentes en las mezclas

cido actico con agua titulada con n-butanol.

10%15%20%25%

W%P/PW%P/PW%P/PW%P/P

cido Actico1.04639.451.569413.642.092616.542.615818.73

Agua8.980281.098.481373.747.982463.087.483553.57

n-Butanol1.04829.461.451313.622.5820.383.870227.7

cido actico con n-butanol titulada con agua.

10%20%30%40%

W%P/PW%P/PW%P/PW%P/P

cido Actico1.04639.342.092615.693.138917.284.185215.17

n-Butanol7.256764.816.450448.385.644131.084.837817.54

Agua2.893625.854.78935.939.379351.6418.55967.29

2) Ttulo de la soda:

Masa cido ActicoVol. NaOHTtulo

1.0654g15 mL0.07103 g/mL

3) Porcentajes en peso de cada componente en la mezcla de V=20mLSustanciaMasa (g)Porcentaje (%P/P)

cido Actico2.092611.42

n-Butanol7.256739.59

Agua8.980248.99

4) Porcentaje de cido Actico en las fases orgnica y acuosa.FaseVol. NaOH (mL)% c. Actico

Acuosa6.99.935

Orgnica8.112.97

DISCUSION DE RESULTADOS

Luego de ubicar los porcentajes en peso de cada mezcla en el diagrama triangular, se observa que este es un sistema de tres lquidos: n-butanol-cido actico-agua, donde el cido actico con el butanol son completamente miscibles, as como el cido actico con el agua, mientras que el agua y el n-butanol son parcialmente miscibles.

De acuerdo a los resultados obtenidos se puede afirmar que en la lnea o curva de solubilidad los tres componentes que forman la mezcla estn totalmente disueltos formando una sola capa. Todo punto de la grfica debajo de la curva representa la parte inmiscible de la mezcla.

La lnea que corta a la curva en dos puntos "A" y "B", es la lnea de reparto cuyas composiciones corresponden con las de cada fase. Cualquier punto situado sobre dicha lnea posee la misma composicin de cada fase.

El agua y el n-butanol que son parcialmente miscibles, al mezclarse en el equilibrio habrn dos capas conjugadas cuyas composiciones estn representados por los puntos a y b, que son los puntos de mxima solubilidad, es decir, el punto a representa la mxima solubilidad del agua en el n-butanol y el punto b representa la mxima solubilidad del n-butanol en agua.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Despus de haber culminado la experiencia de diagrama de solubilidad, podemos concluir que:

La miscibilidad de una mezcla de soluciones vara segn la cantidad que haya de una de estas.

Podemos determinar en una terna de soluciones, en cual, una de estas es ms miscible dependiendo de su carcter hidrofbico o hidroflico.

Para interpretar este tema de una manera mucho ms didctica, hacemos uso de los diagramas de solubilidad.

Y para desarrollar con mayor eficiencia la prctica, recomendamos:

A pesar de cometer un error con algn matraz, volverlo a secar en la estufa para disminuir el error de peso por humedad.

Utilizar buretas diferentes para lquidos o soluciones diferentes, as evitar una posible contaminacin.

Agitar bien la solucin en el matraz cuando las estemos titulando, hasta que la turbidez se mantenga por ms que la agitemos.

BIBLIOGRAFA

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F. D. Ferguson, La Regla de Las Fases, 1 Edicin, Editorial Alhambra, Espaa, 1977. Pgs. 85-96.

Glasstone, Samuel Tratado de Qumica Fsica, 1era Ed., Espaa, 1979, Pgs. 710-717.

http://www.monografias.com/trabajos14/sistemas-ternarios/sistemas-ternarios.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidad

http://books.google.com.pe/books?id=LQ3yebCDwWEC&pg=PA358&lpg=PA358&dq=sistemas+de+tres+componentes&source=bl&ots=W22dXbU-Dh&sig=aaw8xHEWawPzHs7O_xX5jbxkCkA&hl=es&sa=X&ei=yhZqVM70G4eZNsaZgagK&sqi=2&ved=0CCEQ6AEwAQ#v=onepage&q=sistemas%20de%20tres%20componentes&f=false

CUESTIONARIO1.- Indicar las ventajas y desventajas que ofrece el diagrama de Roozeboom.Ventajas: Nos permite saber las composiciones de las sustancia en una mezcla determinada y usando un mtodo de separacin. Se puede usa el sistema para un sistema de tres componentes para diferentes temperaturas, las que al elevar la temperatura aumenta las solubilidades de los componentes. Se puede analizar sistemas: dos pares lquidos miscibles parcialmente y tres pares de lquidos miscibles parcialmente teniendo temperatura y presin fijados. Desventajas: Hay tendencia a que por hidrlisis se formen cantidades minsculas de productos gelatinosos. Se usa con mayor precisin para fases liquidas, ya que al haber tres fases tres fases liquidas y tres slidas, solo cuatro de estas estarn en equilibrio temperatura y presin fijadas. Por ello se supondr que no hay fases slidas. Solo es aplicable a sustancias ya establecidas dependiendo de su naturaleza y la temperatura a que se trabaja. 2.-Describa 3 procesos qumicos a nivel industrial, donde tiene aplicacin los criterios del diagrama de solubilidad.1. Contacto sencillo: Extraccin de cido actico y benceno utilizando agua. 1. Contacto mltiple: Tiene varias entradas de solventes a medida que avanza la mezcla de cido actico y benceno, para recuperar ms productos derivados. 1. Extraccin con reflujo: extraccin de metil ciclo hexano de una mezcla de metil a ciclo hexano y n-heptano usando solvente como anilina.0. Extraccin de nicotina en solucin acuosa con kerosene como agente de extraccin (solvente).0. Extraccin de estireno con solucin etilbenceno utilizando como disolvente dietilenglicol.0. Uso para la separacin de algunos productos obtenidos en desintegracin nuclear y para lograr separacin del plutonio del uranio.0. Se usa en proceso de metalurgia; fundicin de metales, ejemplo: plomo, plata, zinc. Plomo y plata, zinc y plata son miscibles completamente, pero plomo y zinc parcialmente, cuando se funden forman dos capas, una consiste en plomo y la otra en zinc.

3.- Explique la regla de Tarasenkov.Por la regla emprica de Tarasenkov, las prolongaciones de todas las lneas de conexin en los diagramas de este tipo, en muchos casos se cortan en un punto. Una de las lneas de conexin se encuentra en las prolongaciones de uno de los lados del triangulo. Determinando las composiciones, aunque no sea ms que un par de soluciones conjugadas, por ejemplo x e y, se puede encontrar el punto b y por el mismo construir el sistema de conexin para la zona de separacin en capas. Trazando desde el punto b una tangente a la curva pxyq, obtenemos el punto a, correspondiente a la composicin en que el sistema se hace homogneo a la temperatura dada (figura 2). La regla de Tarasenkov esta lejos de cumplirse para todos los sistemas

DIAGRAMA DE SOLUBILIDADPgina 2