E1P2M810 - ESTUDIO DE LA MISCIBILIDAD PARCIAL DE UN SISTEMA LÍQUIDO-LÍQUIDO PDF

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UNIVERSIDAD DE PUEBLA DE FACULTAD DE CIENCIAS LABORATORIO DE II EQUIPO 1: HERRERIAS MATRINEZ DANIELA L. XICOTENCATL JERALDIN MACIAS JOSE ANTONIO MARTINEZ GIL EMMANUEL DR. MARIO PEREA FECHA DE DE LA 4 DE SEPTIEMBRE DEL 2019 FECHA DE ENTREGA DEL REPORTE: 9 DE SEPTIEMBRE DE 2019 ESTUDIO DE LA MISCIBILI...

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA ÁREA DE FISICOQUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II EQUIPO 1: HERRERIAS MATRINEZ DANIELA L. XICOTENCATL TÉLLEZ JERALDIN MACIAS GONZÁLEZ JOSE ANTONIO MARTINEZ GIL EMMANUEL DR. MARIO GONZÁLEZ PEREA FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 4 DE SEPTIEMBRE DEL 2019 FECHA DE ENTREGA DEL REPORTE: 9 DE SEPTIEMBRE DE 2019

ESTUDIO DE LA MISCIBILIDAD PARCIAL DE UN SISTEMA LÍQUIDO-LÍQUIDO OBJETIVO Obtener el diagrama temperatura-composición para el sistema fenol-agua y ser capaz de interpretarlo. INTRODUCCION Miscibilidad es un término usado en química que se refiere a la propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando una solución homogénea. En principio, el término es también aplicado a otras fases (sólidos, gases), pero se emplea más a menudo para referirse a la solubilidad de un líquido en otro. El agua y el etanol (alcohol etílico), por ejemplo, son miscibles en cualquier proporción. Se dice que dos líquidos son totalmente miscibles cuando al mezclarlos se forma una sola fase. Cuando se mezclan dos líquidos y la miscibilidad entre ambos es parcial, se dice entonces que son parcialmente miscibles. Por el contrario, se dice que las sustancias son inmiscibles sí en ninguna proporción son capaces de formar una fase homogénea. Por ejemplo, el éter etílico es en cierta medida soluble en agua, pero a estos dos solventes no se les considera miscibles dado que no son solubles en todas las proporciones. La solubilidad de un compuesto es la máxima cantidad de este que puede diluirse en un determinado volumen de disolvente, a una temperatura determinada.

Factores que afectan la solubilidad *Temperatura

En general, la solubilidad de sólidos en líquidos aumenta al aumentar la temperatura. Ello se debe a que estos procesos de disolución son, por lo común, endotérmicos (hay absorción de calor). Existen pocos casos en los que la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura, un ejemplo es el Ca (OH)2 o cal apagada en agua. La solubilidad de un gas en un líquido y de un gas en un sólido siempre disminuye al aumentar la temperatura. La solubilidad de un gas en otro gas no se afecta por ningún factor y los gases se mezclan en todas las proporciones. *Presión La presión tiene efecto especialmente sobre la solubilidad de gases en líquidos. Por ejemplo, el gas carbónico, CO2, se disuelve a presión en las gaseosas y al destaparlas, se disminuye la presión y se expele el exceso de gas disuelto con relación a la nueva presión. La presión tiene poco efecto sobre la solubilidad de un líquido en un líquido y de un sólido en un líquido. *Naturaleza del soluto y del solvente Generalmente, una sustancia polar es soluble en un solvente polar y una no polar es soluble en un solvente no polar. Esto se expresa con la máxima: "Lo semejante disuelve lo semejante". El solvente polar más conocido y utilizado es el agua y entre los no polares se cuentan el benceno, ciclohexano, tetracloruro de carbono, gasolina, thiner y el solvente 10-20; estos tres últimos son mezclas de hidrocarburos.

Hipótesis El agua es considerada un disolvente universal, el fenol es una sustancia sólida soluble en agua, uno de los factores que afecta la solubilidad es la temperatura, al sumergir los tubos en agua caliente, el fenol se disolverá por completo y observaremos una sola fase, y al sumergir el mismo tuvo en agua fría se observará más de una fase en este por lo que podremos decir que el fenol es mayormente miscible a mayor temperatura.

Método experimental Colocaremos diferentes cantidades de agua y fenol en distintos tubos de ensayo para determinar el número de moles que conforman nuestra solución y así mismo graficarlos con la temperatura a la cual nuestra sustancia es miscible e inmiscible, esto será sumergiendo nuestro tubo en agua caliente y posteriormente fría

registrando dichas temperaturas, y observaremos si a mayor concentración de fenol nuestra temperatura es menor o mayor. Además, observaremos por medio de un gráfico a cuál concentración de fenol nuestra temperatura ya no se eleva más y comienza a descender conforme cambian nuestras concentraciones de la solución posteriormente.

Material y sustancias Material 7 tubos de ensaye 1 vaso de precipitado de 1000 ml 1 vaso de precipitado de 400 ml 1 agitador 1 termómetro 1 mechero, tela de asbesto y Tripie 1 pipeta volumétrica de 10 ml 1 vidrio de reloj Reactivos H2O destilada Fenol

Datos experimentales: Después de registrar los valores de Temperatura de estratificación y miscibilidad obtenidas durante la práctica se procedió a hacer los siguientes cálculos para reportarlos: En el proceso de la práctica se nos fue indicado tomar los valores de agua como ml no en gramos por lo tanto para calcular los gramos de agua utilizados simplemente utilizamos la densidad de esta sustancia (1 g/cm³) y sustituimos los valores conocidos en : d=

m −→ m=dv v

También para el cálculo de la Tn (Temperatura promedio) bastó con realizar una sumatoria de los valores de las temperaturas registrados y dividirlo entre 2 TnC =

Tmisc C +Testrat C 2

No.Tubo Fenol (g) Agua (g) g totales 1 0.5053 4.5 5.0053 2 0.8003 4.2 5.0003 3 1.508 3.5 5.008 4 2.059 3 5.059 5 2.53 2.5 5.03 6 3.044 2 5.044 7 3.434 1.6 5.034

T misc. T. estrat. °C °C T n °C 41 41 41 57 55 56 63 61 62 64 63 63.5 60 60 60 53 53 53 31 29 30

CALCULOS: Se calculan los datos necesarios para el diagrama de miscibilidad, los cuales son: ● Numero de moles ● Porcentaje en peso ● Fracción molar

● NUMERO DE MOLES: Estos se calculan mediante la siguiente formula, donde utilizamos la masa de cada liquido miscible (datos experimentales) y también su peso molecular o peso formula

PM Fenol PM Agua (g/mol) (g/mol) 94.11 18.015

n=

m PM

Así para cada tubo: nAgua=

nFenol=

.5053 g (fenol) g 94.11 mol

o

4.5 g(agua) 18.015 g /mol

● PORCENTAJE EN PESO: Este dato se obtiene dividiendo la masa del soluto (liq de interés) entre la masa de la solución y se multiplica por 100 para obtener el porcentaje %peso=

masaliqudo de interes o soluto(Fenol , agua) ∗100 masa solucion

%peso Fenol=

Así para cada tubo:

.5053 g *100 5.0053 g

● FRACCION MOLAR: Este valor se calcula utilizando los valores de: número de moles del líquido de interés (Fenol o agua) entre el número de moles totales x=

n ( fenol , agua ) n Totales

Así para cada tubo:

x Fenol=

( .0053 mol) .255 mol

Y se acomodaron los valores obtenidos en esta tabla: n Fenol n Agua n totales % Fenol % Agua % total x Fenol X Agua 0.0053692 0.2497918 0.2551610 0.0210425 0.97895 5 4 9 10.095299 89.904701 100 8 0.0085038 0.2331390 0.2416429 16.005039 83.994960 0.0351919 0.96480 8 5 3 7 3 100 2 0.1942825 0.2103063 30.111821 69.888178 0.0761926 0.92380 0.0160238 4 4 1 9 100 7 0.0218786 0.1665278 0.1884065 0.1161246 0.88387 5 9 5 40.699743 59.300257 100 9 0.0268834 0.1387732 0.1656566 50.298210 49.701789 0.1622840 0.8377 3 4 8 7 3 100 4 0.0323451 0.1433637 60.348929 39.651070 0.2256158 0.77438 3 0.1110186 2 4 6 100 5

0.0364892 1

0.0888148 8

0.1253040 9

68.216130 3

31.783869 7

100

0.2912052 9

Se colocaron los “totales “con el fin de comprobar que la sumatorias nos diera 100 o 1 respectivamente en las columnas de Porcentaje en peso y fracción molar y corroborar que el cálculo fue correctamente realizado.

Una vez obtenidos estos valores se grafica los valores de: Temperatura promedio con la fracción molar de alguno de los 2 líquidos o el porcentaje en peso de alguno de los 2 líquidos y según nuestros datos resulta:

GRAFICO PORCENTAJE EN PESO (Fenol)/ TEMPERATURA PROMEDIO 70 f(x) = − 0.03 x² + 2.4 x + 21.99

60 50

Tn C

40 30 20 10 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Pocentaje en peso (Fenol)

GRÁFICO FRACCION MOLAR (FENOL)/ TEMPERATURA PROMEDIO 70 60

f(x) = − 1385.03 x² + 369.82 x + 39.42

50

Tn C

40 30 20 10 0

0

0.05

0.1

0.15

0.2

Fraccion molar (x fenol)

0.25

0.3

0.35

0.70879

Grafica 2

Se aplicó a estas gráficas hechas en Excel una línea de tendencia polinómica de segundo orden y después se generó la ecuación de cada gráfica y después de ello se procede a derivar cada ecuación: ● Grafico 1 (Porcentaje en peso (fenol) / Tn C : y = -0.0327x2 + 2.3965x + 21.995 f(x)´=

=-

d (-0.0327x2 + 2.3965x + 21.995) dx d dx

=0.0327

=

=

f(x)´=

(.0327 x2) +

d (2.3965x) + dx

d (21.995) dx

d (x2) = .0327 (2x2-1) = .0654x dx

d d (x ) (2.3965x) = 2.3965 dx dx

= 2.3965

d (21.995) = 0 dx d (-0.0327x2 + 2.3965x + 21.995)= -0.0654x+2.3965 dx

Se iguala f(x) ´=0 para obtener x y esta se sustituye en la ecuación original con el fin de obtener la “TEMPERATURA CRITICA” -0.0654x+2.3965= O -0.0654x+=-2.3965 X= -2.3965/-0.0654

X= 36.64 Al sustituir este valor en la ecuación original nos da: Y= -0.0327 (36.642) + 2.3965 (36.64) + 21.995 Y= 65.90 � TEMPERATURA CRITICA DE MISCIBILIDAD ● Grafico 2 (Fracción molar (fenol) /temperatura promedio) y = -1385x2 + 369.82x + 39.416 f(x)´=

d (-1385x2 + 369.82x + 39.416 ) dx

= =

d dx

d dx

(369.82x) +

d (39.416) dx

d d (1385x2) = 1385 (x2) =1385 (2x2-1) =2270x dx dx

=

d dx

=

d (39.416) = 0 dx

f(x)´=

(1385x2) +

(369.82x) = 369.82

d (x) = 369.82 (1) = 369.82 dx

d (-1385x2 + 369.82x + 39.416)= -2270x + 369.82 dx

Se iguala f(x) ´=0 para obtener x y esta se sustituye en la ecuación original con el fin de obtener la “TEMPERATURA CRITICA” -2270x+369.82 =0 -2270x= -369.82 X= -369.82/-2270 X= .1692 Al sustituir este valor en la ecuación original nos da: y = -1385x2 + 369.82x + 39.416 =-1385(.16922)+ 369.82(.1692)+39.416 Y= 62.97 -> Temperatura crítica de miscibilidad

Ahora se calculará el porcentaje de error por medio de la siguiente formula:

%Error=

Valor real−valor obtenido ∗100 valor Real

Así :

Grafica 1:

%Error=

66− 65.90 ∗100 66

= .151% de error

Grafica 2:

%Error=

66− 62.97 ∗100 66

= 4.5 % de error

CUESTIONARIO:

1. De la gráfica determine la temperatura crítica superior a la miscibilidad. La temperatura critica de este sistema liquido/liquido (fenol /agua) determinado por la gráfica de temperatura promedio y el porcentaje en peso es de 65.° C y la temperatura critica observada en la gráfica de temperatura promedio y fracción molar es de 62°C 2. ¿Cómo se encontraría el sistema en un punto dentro, sobre y fuera de la curva, en cuanto a su estado homogéneo y heterogéneo? En un punto dentro de la curva (por debajo) el sistema se encuentra en estado heterogéneo, se encuentran 2 fases, cuando esta sobre la curva esto nos indica que ahí es donde comienza la separación de nuestras sustancias y cuando se encuentra fuera nos dice que están completamente homogeneizado el sistema 3. Mencione y explique alguna utilidad práctica que tenga el saber interpretar un diagrama temperatura-composición.

En el área farmacéutica y cosmetológica existe un componente orgánico llamado escualeno que es un compuesto orgánico natural obtenido originalmente con propósitos comerciales a partir del aceite de hígado de tiburón y cuando se une con aceite de oliva da como resultado el escualeno de oliva es un activo emoliente que penetra en la piel restaurando la barrera lipídica y protegiendo de la deshidratación. Presenta una gran similitud con los lípidos naturales de la piel por lo que la suaviza , mejora su elasticidad, reduciendo los signos de envejecimiento. En este sistema liquido/líquido para cosmetología es importante conocer el comportamiento y la correcta composición de este producto, por lo tanto para sistemas de este modo es importante poder describir un diagrama de temperaturacomposición para poder determinar en este caso a que temperatura debe de realizarse esta mezcla para que sean miscibles y sean optimas , y también cual es la correcta proporción de ambas fases para que esto suceda. Eso describe un diagrama apara situaciones como esta, en que temperatura será homogénea o heterogénea la mezcla y cual es la correcta composición para que se logre a cabo cada proceso. 4. Con base al potencial químico (µ), cómo puede explicar que en un sistema binario sus componentes sean miscibles o inmiscibles entre sí. El potencial en un sistema binario es decir formado por dos sustancias interviene como el desplazamiento espontaneo de la materia, es decir que describirá como induciendo temperatura las sustancias que intervienen en el sistema se comportarán dando oportunidad a que se realice una mezcla entre ambas o no, cuando sea espontaneo quiere decir que serán miscibles por la intervención de la energía al sistema binario y cuando no sea así serán inmiscibles pues el potencial nos indica como se comportan debido a su espontaneidad

Comentarios: Aquí el único problema que presento la práctica y por lo que pudo haber errores es que el fenol es higroscópico por lo cual al sacarlo del frasco absorbe humedad del ambiente, y así se empieza a derretir haciendo que se perdiera un poco de fenol pues se quedaba en la hoja, el olor no fue inconveniente aun que si era un poco fuerte, al ser corrosivo se tenía que trabajar con él con cuidado pues se podía dañar la balanza. Al ser solo un frasco y varios equipos hizo que la práctica durara mucho tiempo, pero esto no afecto pues se pudo concluir la práctica con las 7 mediciones que se necesitaban.

Conclusiones: Con los resultados obtenidos y lo visto a la hora de realizar la practica podemos concluir que la temperatura es un factor importante para la miscibilidad de las sustancias en este caso fenol-agua, pues a diferentes concentraciones del fenol y agua para poder hacer la miscibilidad la temperatura era diferente. En cada tubo la

diferencia mínima fue de 2 grados lo cual el punto en el cual son miscibles y no es muy cercano. La temperatura crítica es aquella en la que la miscibilidad se hace completa y en la cual existe una composición critica de disolución en la que se alcanza la igualdad de composición de las dos fases. Según nuestros resultados sabemos que el valor registrado de la temperatura crítica de miscibilidad es de 66 °C. Entonces nuestros resultados experimentales son muy cercanos y realizando nuestros cálculos tenemos un porcentaje de error de .151% y 4.5%. Bibliografía Gonzalez, M. (9 de julio de 2016). Miscibilidad. Obtenido de La guía : https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/miscibilidad Osorio Giraldo, R. D. (19 de Junio de 2015). Miscibilidad y Solubilidad. Obtenido de Open Course Ware : http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/ocw/mod/page/view.php?id=255 Amaya, C. A. A. Carlos, Caballero, P. C. Porfirio, Alanis, M. G. A. Gpe, & Baez, J. G. B. Juan. (s.f.). SciELO - Scientific Electronic Library Online. Recuperado 10 septiembre, 2019, de http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext...