Estudio de la miscibilidad parcial de un sistema liquido-liquido PDF

Preview

Summary

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AÚTONOMA DE PUEBLAFacultad de Ciencias QuímicasLicenciatura en Químico FarmacobiólogoPRÁCTICA 2.-Estudio de la miscibilidad parcial de un sistemaliquido-liquido.Laboratorio de Fisicoquímica IIDocente: Arnulfo Rosas JuárezIntegrantes del equipo:VicenteNadiaJoselyn Fernández Rod...

Description

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AÚTONOMA DE PUEBLA Facultad de Ciencias Químicas Licenciatura en Químico Farmacobiólogo

PRÁCTICA 2.-

Estudio de la miscibilidad parcial de un sistema liquido-liquido. Laboratorio de Fisicoquímica II Docente: Arnulfo Rosas Juárez Integrantes del equipo: Vicente Nadia Joselyn Fernández Rodríguez Magaly Fecha de realización: 09 de septiembre de 2019. Fecha de entrega: 17 de septiembre de 2019

Objetivo: Obtener el diagrama de temperatura-composición para el sistema fenol-agua y ser capaz de interpretarlo.

Hipótesis: Observar la separación de fases que se produce al descender la temperatura de mezclas de agua y fenol de distinta concentración. Representar de manera gráfica la dependencia de la temperatura de miscibilidad con la composición.

Introducción: Miscibilidad es un término usado en química que se refiere a la propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando una disolución. 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. Por el contrario, se dice que las sustancias son inmiscibles si en alguna proporción no 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. Dos líquidos son inmiscibles cuando se forman dos capas líquidas distintas. Añadir agua a nitrobenceno es un ejemplo. La capa acuosa contiene sólo un vestigio de nitrobenceno disuelto, mientras que la capa de nitrobenceno contiene sólo un vestigio de agua disuelta. Dos líquidos son parcialmente miscibles cuando al mezclarse se disuelven para producir una sola fase pero posteriormente uno de los componentes de la mezcla se satura y se obtienen dos capas líquidas.

2

Material      

1 Pipeta volumétrica de 10 ml 1 Vaso de precipitado de 100ml 1 Agitador magnético 1 Vaso de precipitado de 400ml 1 Termómetro de 150°C 1 Parrilla de calentamiento

Reactivos  

Fenol H2O destilada

Desarrollo experimental Preparamos las mezclas de fenol/agua como lo indica la tabla siguiente: No. de muestra 1 2 3 4 5 6 7

Fenol, g 3.784 g 3.784 g 3.784 g 3.784 g 3.784 g 3.784 g 3.784 g

ml H2O 1.5ml +0.8ml +1.2ml +1.7ml +.1.7ml +10.2ml +14.4ml

ml total H2O 1.5ml 2.3ml 3.5ml 5.2ml 6.9ml 17.1ml 31.5ml

Con ayuda del vaso de precipitado de 100 ml pesamos el fenol en la balanza. Agregamos los ml de agua que nos indican en la tabla y también el agitador magnético, calentamos en la parrilla tomando la temperatura de manera constante hasta que se observara una mezcla homogénea, posteriormente enfriamos e inmediatamente tomamos la temperatura cuando vuelve a ser una mezcla heterogénea. Fuimos agregando los siguientes ml de agua de más como se indica en la tabla y fuimos repitiendo el procedimiento anterior. Calentemos y enfriamos tomando las temperaturas al momento de ser una mezcla homogénea y una heterogénea.

3

Datos y resultados 1. Calcule la temperatura promedio para cada muestra (Tn)

Tubo 1. Tn= Tubo2.

Tn=

30 ° C+ 29° C =29.5 2

41 ° C +40 ° C =40.5 2

Tubo 3. Tn=

55 ° C + 54 °C =54.5 2

Tubo 4. Tn=

63 ° C +62° C 62.5 2

Tubo 5. Tn=

64 ° C+63 ° C 63.5 2

Tubo 6. Tn=

62° C+ 61° C =61.5 2

Tubo 6. Tn=

45 ° C+44 °C =44.5 2

2. Construya la siguiente tabla: La temperatura en el laboratorio era de 25°C por lo que la densidad del agua es de 1g/ml. Por lo tanto, cada ml de agua pesaba 1 g. No. de muestra I II III IV V VI VII

Fenol, gr.

Agua, gr.

Tmisc, °C.

Testr, °C.

Tn, °C.

3.784gr 3.784gr 3.784gr 3.784gr 3.784gr 3.784gr 3.784gr

1.5gr 2.3gr 3.5gr 5.2gr 6.9gr 17.1gr 31.5gr

30°C 41°C 55°C 63°C 64°C 62°C 45°C

29°C 40°C 54°C 62°C 63°C 61°C 41°C

29.5°C 40.5°C 54.5°C 62.5°C 63.5°C 6.15°C 44.5°C

Fórmula para Tn Tmisc + Testr Tn= 2

4

3. Calcule la fracción molar de fenol y de agua para cada muestra

Muestra 1: nfenol=

3.5090 g =0.03729 mol 94.1 g/mol

1.5 g =0.08333 mol 18 g /mol 0.03729 mol =0.309 xfenol= 0.03729 mol+ 0.08333 mol %fenol=( 0.309 ) (100 )=30.9 % xfenol + xagua =1 xagua=1 −0.309 xagua=0.691 %agua=( 0.691 )( 100 )=69.1 % nAgua=

Muestra 2: 3.5090 g =0.03729 mol nfenol= 94.1 g/mol 2.3 g =0.12777 mol nAgua= 18 g /mol 0.03729 mol =0.226 xfenol= 0.03729 mol+ 0.12777 mol %fenol=( 0.226 ) (100 )=22.6 % xfenol + xagua =1 xagua=1 −0.226 xagua=0.774 %agua=( 0.774 ) (100 )=77.4 %

Muestra 3: 3.5090 g =0.03729 mol nfenol= 94.1 g/mol 3.5 g =0.19444 mol nAgua= 18 g /mol 0.03729 mol =0.161 xfenol= 0.03729 mol+ 0.19444 mol %fenol=( 0.161 ) (100 )=16.1 % xfenol + xagua =1 xagua=1 −0.161 5

xagua=0.839 %agua=( 0.839 ) (100 )=83.9 %

Muestra 4: 3.5090 g =0.03729 mol nfenol= 94.1 g/mol 5.2 g =0.28888 mol nAgua= 18 g /mol 0.03729 mol =0.114 xfenol= 0.03729 mol+ 0.28888 mol %fenol=( 0.114 ) (100 )=11.4 % xfenol + xagua =1 xagua=1 −0.114 xagua=0.886 %agua=( 0.886 ) (100 )=88.6 % Muestra 5: 3.5090 g =0.03729 mol nfenol= 94.1 g/mol 6.9 g =0.38333 mol nAgua= 18 g /mol 0.03729 mol =0.088 xfenol= 0.03729 mol+ 0.38333 mol %fenol=( 0.088 ) (100 )=8.8 %

xfenol + xagua =1 xagua=1 −0.088 xagua=0.912 %agua=( 0.912 )( 100 )=91.2 % Muestra 6: 3.5090 g =0.03729 mol nfenol= 94.1 g/mol 17.1 g =0.95 mol nAgua= 18 g /mol 0.03729 mol =0.037 xfenol= 0.03729 mol+ 0.95 mol %fenol=( 0.037 ) (100 )=3.7 % xfenol + xagua =1 xagua=1 −0.037 6

xagua=0.963 %agua=( 0.963 ) (100 )=96.3 %

Muestra 7: 3.5090 g nfenol= =0.03729 mol 94.1 g/mol 31.5 g =1.75 mol nAgua= 18 g /mol 0.03729 mol =0.020 xfenol= 0.03729 mol+mol %fenol= ( 0.020 ) (100 )=2 % xfenol + xagua =1 xagua=1 −0.020 xagua=0.98 %agua=( 0.98 ) (100 )=98 % 4. Construya la siguiente tabla Agua, densidad =1gr/ml, PM = 18.01gr/mol Fenol, densidad = 1.07gr/ml, PM = 94.11gr/mol No. de muestra 1 2 3 4 5 6 7

Tn, °C 29.5°C 40.5°C 54.5°C 62.5°C 63.5°C 61.5°C 44.5°C

Fenol, XF

Fórmula para número de moles (n) gr n= PM Fórmula para fracción molar n2 n1 XA= XF= n1+ n2 n 1+ n 2 Donde 7

Agua, XA

   

XF: Fracción molar soluto XA: Fracción molar solvente n1: Cantidad de moles del soluto n2: Cantidad de moles del solvente

Dado que el fenol es la misma cantidad para cada muestra solo calculamos una vez su número de moles. n fenol=

3.784 gr =0.040208266 mol 94.11 gr /mol

Calculamos los moles de agua para cada muestra Muestra No. I n agua=

1.5 gr =0.083287062 mol 18.01 gr /mol

Muestra No. II n agua=

2.3 gr =0.127706829 mol 18.01 gr /mol

Muestra No. III n agua=

3.5 gr =0.194336479 mol 18.01 gr /mol

Muestra No. IV n agua=

5.2 gr =0.288728484 mol 18.01 gr /mol

Muestra No. V n agua=

6.9 gr =0.383120488 mol 18.01 gr /mol

Muestra No. VI n agua=

17.1 gr =0.949472515 mol 18.01 gr /mol

Muestra No. VII n agua=

31.5 gr =1.749028318 mol 18.01 gr /mol 8

Ahora procedemos a calcular la fracción molar tanto para el fenol como para el agua en cada una de las muestras, recordando que la fracción molar no tiene unidades Muestra No. I XF= XA=

0.040208266 =0.32558532 0.040208266+0.083287062

0.083287062 =0.674414679 0.040208266+0.083287062 Muestra No. II XF=

XA=

0.040208266 =0.239455934 0.040208266+0.127706829

0.127706829 =0.760544065 0.040208266+0.127706829 Muestra No. III 0.040208266 XF= =0.17143111 0.040208266+0.194336479

XA=

0.194336479 =0.828568889 0.040208266+0.194336479 Muestra No. IV 0.040208266 XF= =0.122237074 0.040208266+0.288728484

XA=

0.288728484 =0.877762925 0.040208266+0.288728484 Muestra No. V 0.040208266 XF= =0.094981183 0.040208266+0.383120488

XA=

0.383120488 =0.905018816 0.040208266+0.383120488 Muestra No. VI 0.040208266 XF= =0.04062751 0.040208266+0.949472515

XA=

0.949472515 =0.959372489 0.040208266+0.949472515 Muestra No. VII 0.040208266 XF= =0.022472302 0.040208266+1.749028318 9

XA=

1.749028318 =0.977527697 0.040208266+1.749028318

5. Graficar Tn en función de la fracción molar del fenol, graficar Tn en función de la fracción molar del agua, y Tn en función a la fracción molar de fenol y agua XF

XA

Tn, °C

CUESTIONARIO:

6. De la gráfica determine la temperatura critica superior a la miscibilidad

7. ¿Cómo se encontraría el sistema en un punto dentro, sobre y fuera de la curva, en cuanto a su estado homogéneo y heterogéneo? Dentro de la curva se encontraría heterogéneo, sobre la curva estaría entre heterogéneo y homogéneo dependiendo si aumente o disminuye la temperatura, es decir, estaría en equilibrio y fuera de la curva estaría complemente homogéneo. 8. Menciona y explique alguna utilidad práctica que tenga el saber interpretar un diagrama temperatura-composición. Con el podremos saber que componente está en que mediante la temperatura y las fracciones molares ya que dependiendo de eso podemos decir si, la composición es A en B o B en A. 10

9. Con base al potencial químico (µ), como puede explicar que en un sistema binario sus componentes sean miscibles o inmiscibles entre sí. Si el potencial químico es alto el soluto agregado creara un sistema heterogéneo (inmiscible), y caso contrario si el potencial químico es bajo dará lugar a un sistema homogéneo (miscibles).

Discusión de resultados

Conclusión

Bibliografía

Química física, Atkins de Paula, Julio de Paula.

11...