INSTITUTO POLITECNIC NACIONALEscuela Superior de Ingeniería Química e

Industrias Extractivas

Departamento de Ingeniería Química Industrial

Termodinámica de equilibrio entre fases

Practica No. 3 “EQUILIBRIO IDEAL. LEY DE RAOULT”

Profesora: Silvia A. González Villagómez

Grupo: 2IV36Turno: VespertinoCiclo escolar: 2015-2

Integrantes:

• Alcalá Villafuerte René• Becerra Herrera Alberto• Contreras Avalos Ricardo• Domínguez Meza Andrea

• Flores Negrete Cristian• Isaías Larios Jessica

• Mendoza Hernández Eduardo• Molina Reyes Jesús• Rojas Suastes Ana• Tinoco Escalona Brenda

François Marie Raoult (Fournès, 10 de mayo de 1830 - Grenoble, 1 de abril de1901)

Se graduó en 1853. Nueve años después es desplazado al Lyceo de Sens, donde investigará sobre la fuerza electromotriz en  células voltaicas. Esta investigación leída en 1863, le supondrá el título de doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de París.

Las investigaciones importantes comienzan en 1878, cuando estudia el descenso del punto de congelación y de la presión de vapor del agua, producida al disolver 18 sales diferentes. 

Raoult, recopila todas sus observaciones experimentales y en 1882, publica en Comptes rendus, su famosa ley que llevó por título:”Loi de congélation des solutions aqueuses des matières organiques”.

En 1890 publica un trabajo en el que señala que “las sales neutras se comportan como si los radicales positivos y negativos, al disolverse en el agua, no se combinaran, comportándose como mezclas”.

INTRODUCCION TEORICA

Una disolución es una mezcla homogénea, o sea unsistema constituido por una sola fase que contiene

más de un componente. La fase puede ser: sólida (aleaciones, ..) líquida (agua de mar, disoluciones en el laboratorio, …) gaseosa (aire).

Constituyentes: Disolvente. Medio dispersante. Soluto. Sustancia dispersa. Sistema binario. Disoluciones de dos componentes.

Ley de Raoult

“La presión del vapor de un solvente en presencia de un soluto es proporcional a la fracción molar del solvente.”

Una solución que cumple esta ley a cualquier concentración es una solución ideal.

x1 + x2 = 1p1 =x1p0

1 y p2 = x2p02 = (1-

x1)p02

p = p1 + p2 = x1p01 + (1-x1)p0

2 p = p0

2 + (p01 - p0

2)x1

La adición de un soluto puede aumentar o disminuir la presión de vapor de la solución respecto de la del disolvente dependiendo de cual es el más volátil.

Fracción molar de A, xA

Vapor

Líquido

Pre

sión

•xb + xmb = 1

•pmb = xmbp0mb

• pb = xbp0b = (1-xmb)p0

b

•p = pmb + pb = xmbp0mb +

(1-xmb)p0b

•p = p0b + (p0

mb - p0b)xmb

Fracción molar de A, XA

Pre

sión

PODEMOS EXPRESAR LA PRESIÓN TOTAL EN FUNCIÓN DE Y 1 , LA FRACCIÓN MOLAR DE 1

EN EL VAPOR:Y 1 = P 1 /P

p = p02 + (p0

1 - p02)x1

202

101

110

20

10

20

10

110

20

10

20

11

120

10

20

10

11

1

)(

)(

)(

py

py

p

yppppp

p

yppppy

x

xppppx

y

T01

T02

Los estados completamente

líquidos son aquellos estables a

altas presiones.

Los completamente gaseosos estables a bajas presiones.

Como x es una fracción molar en el líquido, no puede describir estados en el sistema que sean completamente gaseosos

T = cte.

T = cte.

Vapor

110

20

20

20

10

)( yppp

ppp

p = p02 + (p0

1 - p02)x1

Los puntos entre las curvas representan estados del sistema en los que líquido y vapor coexisten en equilibrio.

Desviaciones positivas

Desviaciones negativas

ideali iP P

Desviaciones de la ley de Raoult

1i ideali iP P 1i

Destilación simple

Aplicación

Como el vapor es más rico en el componente más volátil que el líquido original es posible separar los 2 componentes de una disolución ideal por destilaciones sucesivas.

Se construye una columna de destilación donde se producen un grannúmero de condensaciones y re evaporizaciones sucesivas.

Destilado(vapor condensado,rico en componente

más volátil)

Residuo(líquido residual,

rico en componentemenos volátil)

OBJETIVOS

Observar e l compor tamien to de dos s i s temas b inar i os .

Comparar con l o s da tos de t empera tura y compos i c i ón ob ten idas con La l ey de R aou l t .

De te rminac i ón exper imenta l de l o s coe f i c i en tes de ac t i v i dad de l o s componen tes de una mezc l a b inar i a

De te rminar l a s curvas de equ i l i b r i o l í qu ido - vapor para mezc l as b inar i as de l í qu idos t o ta lmente mi sc ib l e s .

De te rminar s i l a s mezc l as obedecen a l a l e y de raou l t o p resen tan desv i ac i ón pos i t i va o nega t i va .

En las disoluciones que se encuentran a una temperatura dada, cada componente de la disolución ejerce una presión de vapor que es proporcional a su fracción molar en la fase l iquida (Xi) y a la presión de vapor del componente puro a esa temperatura (Pi) .

HIPOTESIS

MATERIAL Y EQUIPO

•Refr igerante

•Termómetro

•Soporte un iversa l

•Pinzas de t res dedos

Reóstato

Refractómetro

Pinzas de nuez

Pipeta muestreadora

Tubos de ensaye

Hervidor

Parrilla de calentamiento con agitación magnética

Toxicidad de las sustancias

METANOL

ISOPROPANOL

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.-Preparar mezclas binarias que contengan 10, 20, 30,

40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100% de uno de Metanol.

2.-Los volúmenes de casa solución pueden calcularse con la ayuda de fórmulas, tomando en cuenta que los

subíndices 1 son relacionados al metanol y el

2 al isopropanol.

3.-Medir los índices de refracción de cada mezcla a

una temperatura determinada (15 a 20°C),

empleando un refractómetro Abbe, así como los índices

de refracción de los componentes puros.

4.-Graficar la relación entre composición (x) y el índice de refracción (y). (El índice

de refracción permite conocer la composición del

líquido y el vapor en equilibrio de manera

indirecta.

5.-Poner la solución en el hervidor, suministrar calor

con agitación hasta ebullición, cuando la

temperatura sea constante y haya condensado en el

depósito, tomar el dato de temperatura (temperatura

de burbuja).

6.-Determinar los puntos de ebullición de cada una de las

mezclase en equilibrio de vapor y del líquido. Lo

anterior se debe realizar por medio de destilación simple midiendo 2 ml de mezcla.

7.-Tomar una muestra del condensado y del destilado y

depositar cada una en un tubo de ensayo previamente

etiquetado, taparlas y enfriarlas a temperatura

ambiente.

8.-Determinar los índices de refracción del destilado

(vapor) y del residuo que quedó en el matraz de

destilación (líquido) con el refractómetro de Abbe.

9.-Repetir los pasos del 5 al 8 para cada una de las

mezclas.

X1 X2 V1 L V2 L ηliq. T (K) ηvap. Y

0 1 0 0.05 .3732 348.15

1.3693 0.1723

0.1 0.9 0.0027 0.0472 1.37016

347.15

1.3672 0.2395

0.2 0.8 0.0058 0.0441 1.3674

344.15

1.3608 0.4266

0.3 0.7 0.0092 0.0407 1.3690

341.15

1.3576 0.5100

0.4 0.6 0.0130 0.0369 1.3620

340.15

1.3508 0.6648

0.5 0.5 0.0173 0.0326 1.3580

338.15

1.3446 0.7792

0.6 0.4 0.0221 0.0278 1.3546

337.15

1.3432 0.8015

0.7 0.3 0.0276 0.0223 1.3496

335.15

1.3394 0.8556

0.8 0.2 0.0339 0.0160 1.3416

333.15

1.3322 0.9319

0.9 0.1 0.0413 0.0086 1.3327

331.15

1.3282 0.9595

1.0 0 0.05 0 1.3286

330.15

1.3240 0.9771

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

Cálculos

Para calcular el volumen de ambas sustancias utilizaremos los siguientes datos:

Metanol (1) Isopropanol (2)

PM gr/mol 32.04 60.09

ρ gr/m3 0.7918 0.7863

Vt L 0.05

Se utilizaran las siguientes ecuaciones:

Análisis dimensional

Procediendo a calcular los volúmenes del Metanol.

Nota: Se calcularan todos los volúmenes para este componente de la misma manera, solo se va a variar los datos marcados en recuadro.

η liq. x11.3732 01.3706 0.11.3674 0.21.365 0.31.362 0.41.358 0.5

1.3546 0.61.3496 0.71.3416 0.81.3327 0.91.3286 1

• Graficando índice de refracción Vs la composición

1.32 1.33 1.34 1.35 1.36 1.37 1.380

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = − 363.495597359451 x² + 960.863466969912 x − 634.008183945851R² = 0.99440488018727

GRAFICA ÍNDICE DE REFRACCIÓN VS COMPOSICIÓN

índice de refracción

Co

mp

osic

ión

• Utilizando la grafica se determino el valor del condensado (Y)

Nota: Se calcularan todos los valores del condensado de la misma forma que se calculo en la parte de arriba, solo irán cambiando los valores marcados en recuadros.

Y= -330.4x2 + 872.1x - 574.5

X= índice de refracción del vapor

𝑃𝑣𝑎𝑝 (𝑇 )=𝑒𝑥𝑝(𝐴− 𝐵𝐶+𝑇 )

Parámetros de la ecuación de Antoine Metanol A=16.46 B=3593 C=-35.22

Estos parámetros vienen en el manual, del isopropanol no hay

En la siguiente diapositiva no encontré a P que es presión total y Ps supuestamente es la presión de vapor de los componentes a ciertas temperaturas según lo que entendí

• Aplicando la Ley de Raoult se calculo la composición del liquido y del vapor

𝑋 1=𝑃−𝑃 2

𝑠

𝑃1𝑠−𝑃2

𝑠 𝑌 1=𝑋 1

𝑃1𝑠

𝑃

CONFORME LA TEMPERATURA DI SMINUYE SUCEDE LO MISMO CON LA ÍNDI CE DE REFRACCIÓN (L Í Q) Y LA COMPOSI CIÓN DEL CONDENSADO VA AUMENTANDO DEBIDO A QUE CADA COMPUESTO VA PERDI ENDO SUS PROPI EDADES O MEJOR DICHO SU CARACTERÍST ICA DE SER PURO, TODO ESTO SE DEBE A QUE LOS VOLÚMENES DE CADA COMPONENTE VAN DISMINUYENDO CONFORME SE IBAN MEZCLANDO.

CONCLUSION

BIBLIOGRAFIA

http://www.heurema.com/POFQ-Raoult.htmSmith J.M.; Van Ness H.C.; Abbott M.M.,

Introducción a la Termodinámica en Ingeniera Qumica, 6TA Ed., McGraw Hill, 2003.