PRÁCTICA 4: CINÉTICA POR ESPECTROFOTOMETRÍA PDF

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLAFacultad de Ciencias Químicas Licenciatura en Químico Farmacobiólogo Profesor: Mario González Perea Equipo 1Fisicoquímica 2INTEGRANTES (Laboratorio)Castro Mora Lluvia AmericaHernández Humana Silvia SoledadMendiola Herrera Nadia PaolaLuna Espinosa Luis HéctorP...

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA Facultad de Ciencias Químicas Licenciatura en Químico Farmacobiólogo Profesor: Mario González Perea Equipo 1

INTEGRANTES

Fisicoquímica 2 (Laboratorio)

Castro Mora Lluvia America Hernández Humana Silvia Soledad Mendiola Herrera Nadia Paola Luna Espinosa Luis Héctor

Práctica 3 DETERMINACIÓN DE LA ISOTERMA DE SOLUBILIDAD PARA UN SISTEMA TERNARIO Fecha de realización 18/Enero/2020 Fecha de entrega 24/Enero/2020

OBJETIVO: A partir del método experimental, construir la curva de solubilidad para un sistema ternario entre agua, cloroformo y metano. Conocer la concentración de cada componente a partir de los resultados obtenidos. INTRODUCCIÓN Se denominan grados de libertad de un sistema en equilibrio, el número de variables intensivas que es necesario especificar para conocer el estado termodinámico del sistema. El número de grados de libertad viene determinado por la Regla de las Fases de Gibbs: nº g. lib =nº componentes – nº fases +2 Así, para un sistema de 3 componentes, como máximo existen 4 grados de libertad. Si se fijan temperatura y presión quedarían dos grados de libertad (la concentración de dos componentes), y si el número de fases es 2, sólo un grado de libertad (la concentración de un componente en una fase). Por tanto, es posible representar los diagramas de fases en dos dimensiones, ya que la concentración del tercer componente queda fijada por la concentración de dos de ellos elegidos para la representación. Los diagramas triangulares permiten esta representación de una forma muy adecuada y completa. Diagramas triangulares Un diagrama triangular consiste en un triángulo equilátero, en el que cada uno de los vértices representa un componente puro. Cada lado representa la fracción (en peso o molar) de un componente: 100% en el vértice correspondiente al componente puro y 0% en otro vértice). Un punto interno del triángulo representa una mezcla cuya composición se obtiene trazando líneas paralelas a los lados del triángulo. El corte de estas líneas con los lados del triángulo proporciona las fracciones de cada componente.

Los diagramas ternarios son aquellos que representan el equilibrio entre las distintas fases que se forman mediante tres componentes, como una función de la temperatura. Normalmente, la presión no es una variable indispensable en la construcción de diagramas de fases ternarios, y por lo tanto se mantiene la presión de 1 atm. La concentración de cada uno de los tres componentes puede ser expresada ya sea mediante % en peso o fracción molar. La suma de las concentraciones de los tres componentes debe llegar hasta 100%.

Los puntos a y b designan las composiciones de las dos capas líquidas que resultan de la mezcla de B y C en alguna proporción arbitraria tal como c, mientras que la línea Ac muestra la manera en que dicha composición cambia por adición de A. La línea a 1 b 1 a través de c 1 conecta las composiciones de las dos capas en equilibrio, y se denomina línea de unión o línea de reparto.

La miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas en una sola tiene lugar únicamente en el punto D, al cual se le denomina Punto crítico isotérmico del sistema o Punto de doblez. Finalmente, a la curva aDb se conoce como curva binodal.

HIPOTESIS Podremos ver que el Agua y el cloroformo son inmiscibles y al titular estos con metano, se podrá observar como el agua y el cloroformo empiezan a mezclarse hasta ser miscibles. MATERIAL: 5 matraces Erlenmeyer de 125 ml 1 bureta de 50 ml 1 pinzas para bureta 2 pipeta graduada de 5 ml Guantes de polietileno o látex

SUSTANCIAS Agua destilada Cloroformo Metano MÉTODO EXPERIMENTAL 1. Cloroformo .5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Agua 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5

2. Las mezclas se estratificarán formando dos capas, la inferior de las cuales es la acuosa. Cuando se agita se forma una dispersión que se caracteriza por su turbidez, pero las dos capas se vuelven a separar inmediatamente al cesar la agitación. 3. Después de eso se tituló cada vaso con ácido acético glacial, hasta que formaron una mezcla homogénea y se volvieron totalmente inmiscibles, se prosiguió este mismo método en cada vaso. 4. Por último, se determinó la densidad de cada sustancia pura con ayuda de un picnómetro DESARROLLO 1. Preparar mezclas de agua y tolueno que contengan 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 % en volumen de agua. El volumen total de cada mezcla debe ser de 5ml. 2. Las mezclas se estratificarán formando dos capas, la inferior de las cuales es la acuosa. Cuando se agita se forma una dispersión que se caracteriza por su turbidez, pero las dos capas se vuelven a separar inmediatamente al cesar la agitación. 3. Estas mezclas se titulan con ácido acético hasta que desaparezca la turbidez que se produce con la agitación 4. En el proceso de titulación después de cada adición de ácido acético, agitar vigorosamente durante varios segundos y observar si las capas mantienen su estratificación o si se produjo la homogenización del sistema. 5. Al disminuir el volumen de alguna de las fases, habrá de tenerse cuidado de no sobrepasar el punto de solubilidad (al añadir ácido acético) en el cual ya no se producirá más turbidez al efectuar la agitación. Si se rebasara el punto final, se preparan nuevamente los 5ml de la mezcla correspondiente, tomando en cuenta la cantidad de mililitros de ácido acético consumidos previamente en la titulación, se añade a la mezcla en forma rápida una cantidad ligeramente inferior a la que se estima suficiente para alcanzar el punto final y después se procede ya en forma lenta a concluir la titulación. 6. Determinar las densidades de los líquidos puros, agua, ácido acético glacial y tolueno; a la temperatura en que se efectuó la titulación.

CALCULOS

Porcentaje

Agua

Cloroformo

10%

0.5ml.

4.5ml.

Volumen de titulante (metano) 2.4ml.

20%

1ml.

4ml.

3.2ml.

30%

1.5ml.

3.5ml.

3.9ml.

40%

2ml.

3ml.

4.7ml.

50%

2.5ml.

2.5ml.

5.1ml

60%

3ml.

2ml.

6.1ml

70%

3.5ml.

1.5ml.

6.3ml.

80%

4ml.

1ml.

6.1ml.

90%

4.5ml.

0.5ml.

6.3ml.

Peso del picnómetro = 13.4398g Densidad =

m v

Densidad del H2O =1.03033 g/ml Densidad del cloroformo =0.8171g/ml Densidad del metanol =1.53356g/ml

Gramos de agua

g=(d )(v ) 1. 2. 3. 4.

g x 0.5 ml=0.51 g mol g x 1ml=1.03 g g20 %=1.03033 mol g x 1.5 ml=1.54 g g30 %=1.03033 mol g x 2 ml=2.06 g g40 %=1.03033 mol g10 %=1.03033

5. 6. 7. 8. 9.

g x 2.5 ml=2.57 g mol g x 3 ml=3.09 g g60 %=1.03033 mol g x 3.5 ml=3.60 g g70 %=1.03033 mol g x 4 ml=4.12 g g80 %=1.03033 mol g x 4.5 ml=4.63 g g90 %=1.03033 mol g50 %=1.03033

Gramos de cloroformo 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

g x 4.5 ml=6.90 g mol g x 4 ml=6.13 g g20 %=1.53356 mol g x 3.5 ml=5.36 g g30 %=1.53356 mol g x 3 ml=4.60 g g40 %=1.53356 mol g x 2.5 ml=3.83 g g50 %=1.53356 mol g x 2 ml=3.06 g g60 %=1.53356 mol g x 1.5 ml=2.30 g g70 %=1.53356 mol g x 1 ml=1.53 g g80 %=1.53356 mol g x 0.5 ml=0.76 g g90 %=1.53356 mol g10 %=1.53356

Gramos de Metano 1. 2. 3. 4. 5. 6.

g x 2.4 ml=1.96 g mol g x 3.2ml =2.61 g g20 %=0.8171 mol g x 3.9 ml=3.18 g g30 %=0.8171 mol g x 4.7 ml=3.84 g g40 %=0.8171 mol g x 5.1ml =4.16 g g50 %=0.8171 mol g x 6.1 ml=4.98 g g60 %=0.8171 mol g10 %=0.8171

7. 8. 9.

g x 6.3 ml=5.14 g mol g x 6.2 ml=5.06 g g80 %=0.8171 mol g x 7.5 ml=6.12 g g90 %=0.8171 mol g70 %=0.8171

MOLES

n=

g PF

METANO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

AGUA

1.96 g =0.1225 mol g 16 mol 2.61 g =0.1631 mol g 16 mol 3.18 g =0.1987 mol g 16 mol 3.84 g =0.24 mol g 16 mol 4.16 g =0.26 mol g 16 mol 4.98 g =0.3112 mol g 16 ml 5.14 g =0.3212 mol g 16 mol 5.06 g =0.3162 mol g 16 mol 6.12 g =0.38 mol g 16 mol

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0.0283 mol 0.0572mol 0.0855mol 0.1144mol 0.1427mol 0.1716mol 0.2mol 0.2288mol 0.2572mol

CLOROFORMO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0.0579mol 0.0515mol 0.0450mol 0.0386mol 0.0321mol 0.0257mol 0.0193mol 0.0128mol 6x10-3mol

FRACCION MOLAR

X=

nagua n agua +nmetanol + ncloroformo ¿

Xagua 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

0.0283 mol =0.1356 0.2087 mol 0.0572 mol =0.2104 X agua = 0.2718 mol 0.0855 mol =0.2597 X agua = 0.3292 mol 0.1144 mol =0.2910 X agua = 0.393 mol 0.1427 mol =0.3281 X agua = 0.4348 mol 0.1716 mol =0.3374 X agua = 0.5085 mol 0.2 mol =0.3700 X agua = 0.5405 mol X agua =

8. 9.

0.2288 mol =0.4101 0.5578 mol 0.2572 mol =0.3996 X agua = 0.6435 mol X agua =

Xcloroformo 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

X cloroformo =¿ X cloroformo =¿ X cloroformo =¿ X cloroformo =¿ X cloroformo =¿ X cloroformo =¿ X cloroformo =¿ X cloroformo =¿ X cloroformo =¿

0.2774 0.1894 0.1366 0.0982 0.0738 0.0505 0.0357 0.0229 0.91 x 10−3

XMetano 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

X metano =¿ X metano =¿ X metano =¿ X metano =¿ X metano =¿ X metano =¿ X metano =¿ X metano =¿ X metano =¿

0.5869 0.6000 0.6063 0.6106 0.5979 0.6119 0.5942 0.5668 0.5905

PORCENTAJE

G X 100 ¿ METANO 1 2 3 4

1.96 X 100=20.9 % 9.37 2.61 X 100=26.7 % 9.77 3.18 X 100=31.5 % 10.08 3.84 X 100=36.5 % 10.05

4.16 X 100=39.3 % 10.56 4.98 X 100=44.7 % 11.13 5.14 X 100=46.5 % 11.04 5.06 X 100=47.2 % 10.71 6.12 X 100=53.1 % 11.51

5 6 7 8 9 AGUA 1 2 3 4 5 6 7 8 9

= 5.4% = 10.5% = 15.2% = 19.6% = 24.3% = 27.7% = 32.6% = 38.4% = 40.2%

CLOROFORMO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

= 73.6% = 62.7% = 53.1% = 43.8% = 36.2% = 27.4% = 20.8% = 14.2% = 6.6%

Porcentaje 10% 20%

Densidad del agua 1.03033 g/ml 1.03033 g/ml

g de agua

n de agua

X de agua

P% de agua

0.51g 1.03g

0.0283 mol 0.0572mol

0.1356 0.2104

5.4% 10.5%

30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

1.03033 g/ml 1.03033 g/ml 1.03033 g/ml 1.03033 g/ml 1.03033 g/ml 1.03033 g/ml 1.03033 g/ml

1.54g 2.06g 2.57g 3.09g 3.60g 4.12g 4.63g

0.0855mol 0.1144mol 0.1427mol 0.1716mol 0.2mol 0.2288mol 0.2572mol

0.2597 0.2910 0.3281 0.3374 0.3700 0.4101 0.3996

15.2% 19.6% 24.3% 27.7% 32.6% 38.4% 40.2%

Porcentaje

Densidad del cloroformo 0.8171g/ml 0.8171g/ml 0.8171g/ml 0.8171g/ml 0.8171g/ml 0.8171g/ml 0.8171g/ml 0.8171g/ml 0.8171g/ml

g de cloroformo 6.90g 6.13g 5.36g 4.60g 3.38g 3.06g 2.30g 1.53g 0.76g

n de cloroformo 0.0579mol 0.0515mol 0.0450mol 0.0386mol 0.0321mol 0.0257mol 0.0193mol 0.0128mol 6x10-3 mol

X de cloroformo 0.2774 0.1894 0.1366 0.0982 0.0738 0.0505 0.0357 0.2294 0.91x10-3

P% de cloroformo 73.6% 62.7% 53.1% 43.8% 36.2% 27.4% 20.8% 14.2% 6.6%

Densidad del metano 1.53356g/ml 1.53356g/ml 1.53356g/ml 1.53356g/ml 1.53356g/ml 1.53356g/ml 1.53356g/ml 1.53356g/ml 1.53356g/ml

g de metanol

n de metano

X de metano

1.96g 2.61g 3.18g 3.84g 4.16g 4.98g 5.14g 5.06g 6.12g

0.1225mol 0.1631mol 0.1987mol 0.24mol 0.26mol 0.3112mol 0.3212mol 0.3162mol 0.38mol

0.5869 0.6000 0.6063 0.6106 0.5979 0.6119 0.5942 0.5668 0.5905

P% de metano 20.9% 26.7% 31.5% 36.5% 39.3% 44.7% 46.5% 47.2% 53.1%

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Porcentaje 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

6. ¿Qué puede decir si en lugar de trabajar con ácido acético glacial trabajase con ácido

acético

de

una

determinada

concentración

en

la

práctica

desarrollada? Si el ácido acético no es puro es decir posee una distinta concentración, se tardará más en un sistema ternario que los otros dos componentes lleguen al equilibrio gracias a este soluto miscible en ambos, lo cual puede hacer que se tarde en crear la mezcla homogénea y se necesite más soluto. 7. Aplique la regla de las fases de Gibbs en los gráficos obtenidos .L=3-2+2 L=3

COMENTARIOS Al realizar las titulaciones, logramos observar que hubo errores, ya que en las dos ultimas titulaciones los valores fueron repetitivos, por lo cual tuvimos que repetir de nuevo la titulación en estos dos matraces. Al volver a repetir otro de los compañeros fue el que siguió titulando por lo tanto dio un valor más alto en el último matraz.

CONCLUSIONES En estos diagramas y graficas se comprueba que es una mezcla de líquidos miscibles entre sí y un tercer componente que es parcialmente miscible en ambos. Las líneas de unión representan el equilibrio entre fases y la isoterma contiene las concentraciones necesarias para que el sistema este en equilibrio ya que en la parte superior de la isoterma tenemos una fase y abajo dos fases.

BIBLIOGRAFIA

-Castellan, G. (1987). Fisicoquímica (2a ed). México: Addison Wesley Iberoamericana -Samuel H. Marón, Fisicoquímica fundamental, Editorial Limosa, México D.F 1990, pps.1011....