Preinforme Punto de Burbuja 1

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    31-Jan-2016

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Preinforme para practica punto de burbuja

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<ul><li><p> PREINFORME: PUNTO DE BURBUJA </p><p>Grupo 3 </p><p>Irene Andrea Acua 245620 </p><p>Adriana Martnez 245505 </p><p>Leidy Magaly Pinzn Monroy 245479 </p><p>1. OBJETIVO </p><p>Realizar un grfico T-x-y para la mezcla propanol-agua, con el fin de realizar una estimacin del punto de </p><p>burbuja de la mezcla a diferentes composiciones de lquido (mezcla de agua-propanol) </p><p>2. MARCO TERICO: </p><p>a. Punto de burbuja </p><p>El punto de burbuja se entiende como las condiciones en las cuales en un lquido se forma la primera </p><p>burbuja de vapor, un pequeo cambio ms en la temperatura desencadenara que el lquido se siga </p><p>evaporando al estar en el estado de saturacin (esto implica un estado de equilibrio). </p><p>Cuando se trata de mezclas binarias esta burbuja, fase vapor, tendr la composicin ms alta posible en </p><p>cuanto al componente ms voltil. A partir de all si se continua el calentamiento la fase de vapor se har </p><p>ms grande pero con una menor composicin del componente ms voltil </p><p>b. Equilibrio Lquido- Vapor </p><p>Como se explic anteriormente el punto de burbuja tiene como caracterstica que se encuentra </p><p>dentro del equilibrio liquido-vapor. El que un sistema se encuentre en estado de equilibrio implica </p><p>que la composicin total de cada una de las fases no cambia con el tiempo. Se dice que se trata de </p><p>composicin total porque un estado de equilibrio no implica que no haya transferencia entre fases. </p><p>Esto quiere decir que habr componente voltil que se transfiere de la fase lquido al vapor y </p><p>viceversa, pero en el estado de equilibrio las velocidades de ambos fenmenos sern iguales. Se </p><p>cuenta con tres criterios que garantizaran el equilibrio de fases: </p><p> Equilibrio trmico: la temperatura en ambas fases es igual </p><p> Equilibrio mecnico: la presin en ambas fases es igual </p><p> Igualdad de potencial qumico para un componente en ambas fase </p></li><li><p> Esquema 1: Representacin esquemtica del equilibrio lquido-vapor </p><p>c. Regla de las fases de Gibbs </p><p>La regla de las fases es uno de los clculos ms destacables de la termodinmica qumica, esta </p><p>relacin fue deducida por J.W. Gibbs </p><p> = + 2 (1) </p><p>Dnde: </p><p>F, fases presentes </p><p>C, nmero de componentes </p><p>P, numero de fases en equilibrio </p><p>El nmero 2 en la ecuacin hace referencia a dos propiedades cualquiera de un sistema que por lo </p><p>general son la temperatura y la presin. </p><p>Deduccin: </p><p>Si se considera el caso especial de un sistema de un solo componente. Para dos fases en equilibrio, </p><p>se puede 1() = 1(). Cada potencial es funcin de la presin y la temperatura. </p><p>1(; , ) = 1(; , ) (2) </p><p>En esta ecuacin expresa la relacin entra las variables P y T, de modo que solo una de ellas puede </p><p>ser independiente. Esta conclusin coincide con F=1. Para tres fases en equilibrio mutuo. </p><p>1(; , ) = 1(; , ) = 1(; , ) (3) </p><p>Esta relacin en realidad son dos ecuaciones con dos incgnitas 1(; , ) = 1(; , ) y </p><p>1(; , ) = 1(; , ) y por lo tanto su solucin en un nico par de valores de P y T. Esta </p><p>conclusin coincide con F=0. Cuatro fases no pueden estar en equilibrio mutuo en un sistema de un </p><p>componente pues las tres igualdades. </p><p>1(; , ) = 1(; , ) 1(; , ) = 1(; , ) 1(; , ) = 1(; , ) (3) </p></li><li><p> Son tres ecuaciones con dos incgnitas P y T y el sistema es por tanto incompatible. Considerando </p><p>ahora el caso general. En primer lugar se cuenta con un nmero de total de variables intensivas. La </p><p>presin, P, y la temperatura, T. Se puede especificar la composicin de una de las fases dando las </p><p>fracciones molares de C-1 componentes. Dado que existen P fases, el nmero total de variables de </p><p>composicin es P(C-1). As el nmero total de variables intensivas es P(C-1) +2. </p><p>Eb equilibrio el potencia qumico de un componente J debe ser igual en todas las fases: </p><p>1() = 1() </p><p>Es decir, cada componente J debe satisfacer P-1 ecuaciones de este tipo. Dado que hay C </p><p>componentes, el nmero total de ecuaciones es C(P-1). Cada ecuacin </p><p>Reduce la libertad de variar una de las P(C-1) +2 variables intensivas. De ah se deduce que el </p><p>nmero total de grados de libertad es </p><p> = ( 1) + 2 ( 1) = + 2 </p><p>Esta ltima ecuacin es la de la regla de las fases de Gibbs, presentada anteriormente. </p><p>d. Soluciones ideales y reales </p><p>Para la formacin del equilibrio liquido-vapor se partir de una disolucin de los dos componentes. </p><p>Se entiende por disolucin a una mezcla homognea. Y segn las caractersticas de la disolucin el </p><p>equilibrio tendr determinado comportamiento, que ser comparado con un comportamiento ideal. </p><p>En una disolucin ideal, las molculas de ambas especies presentes son muy semejantes esto quiere </p><p>decir que la interaccin entre ellas ser equivalente a una solucin lquida de un solo componente </p><p>puro. Existen cuatro caractersticas clave que identifican una solucin ideal. </p><p> Las fuerzas intermoleculares promedio de atraccin y repulsin en la solucin no cambian al </p><p>mezclar los componentes. </p><p> El volumen de la solucin vara linealmente con la composicin. </p><p> No hay absorcin ni desprendimiento de calor al realizar el mezclado. </p><p> La presin total de la disolucin varia linealmente con la composicin en fraccin mol </p><p>Una disolucin ideal sigue la ley de Raoult. </p><p> = 0</p><p> (4) </p><p>Lo que quiere decir que la presin parcial de un componente () vara linealmente con la </p><p>composicin en el lquido (), y adems que la pendiente de esta variacin lineal es la presin de </p><p>vapor del componente puro (0). Es por ello que las soluciones ideales son tan importantes. Porque </p><p>simplifican en gran parte el equilibrio liquido-vapor. Por otra parte la ley de Dalton para mezclas de </p><p>gases ideales proporciona la presin parcial para el gas en funcin de la fraccin del componente en </p><p>la mezcla gaseosa y la presin total de los gases. </p><p> = (5) </p></li><li><p>A partir de las ecuaciones 4 y 5 es posible conocer la relacin entre las composiciones del lquido y el </p><p>vapor. </p><p>0</p><p> = (6) </p><p>En las disoluciones reales por otro lado, hay una interaccin entre los componentes debido a sus </p><p>diferencias. Se presentaran desviaciones de la ley de Raoult ya sean positivas o negativas. En esos </p><p>casos se introduce un coeficiente de actividad () que tenga en cuenta dichas interacciones. </p><p> = (7) </p><p>e. Modelos termodinmicos </p><p>Un modelo termodinmico es un conjunto de ecuaciones que permiten estimar las propiedades </p><p>tanto de sustancias puras, como de mezclas de ellas. Existen variados mtodos aplicables a </p><p>mezclas binarias: Wilson, Margulles, Van Laar, NRTL, entre otros. El modelo empleado en esta </p><p>prctica es el modelo de Wilson, el cual es ampliamente utilizado para representar una gran </p><p>variedad de mezclas, especialmente para soluciones de compuestos polares (como el propanol y </p><p>el agua empleadas en la prctica) o con tendencia a asociacin en solventes no polares, adems </p><p>de sustancias orgnicas. </p><p>3. MATERIALES: </p><p> Baln de tres bocas </p><p> Plancha calefactora </p><p> Termopar </p><p> Condensador curvo </p><p> Refractmetro </p><p> Agua destilada </p><p> Propanol </p><p> Pipeta aforada </p><p> Beaker </p></li><li><p>4. PROCEDIMIENTO: </p><p>condensado de </p><p>Calibracin Determinacin punto de </p><p>burbuja con la mezcla </p><p>Se adicionan 50 mL de propanol al </p><p>baln y se inicia calentamiento </p><p>Se recolecta una muestra de </p><p>condensado (10ml). </p><p>Se toma muestra de 10 mL del </p><p>remanente en el baln. </p><p>Analizar las muestras en el </p><p>refractmetro. </p><p>Punto de burbuja </p><p>Repetir 15 </p><p>veces. </p><p>Se preparan muestras de </p><p>diferente concentracin de la </p><p>mezcla propanol- agua. </p><p>Medir el ndice de refraccin de </p><p>cada mezcla y graficar el ndice </p><p>de refraccin vs la fraccin </p><p>molar de propanol. </p><p>Consignar la temperatura de </p><p>ebullicin cuando esta se estabilice </p><p>Se agregan 3mL de agua al baln </p><p>Esperar a que la temperatura se </p><p>estabilice de nuevo </p></li><li><p>5. ESQUEMA DEL EQUIPO: </p><p>Fig. 2: Montaje del equipo para el clculo del punto de burbuja. </p><p>Las partes del equipo mostrado en el esquema 2 son: </p><p> Baln de tres bocas </p><p> Plancha calefactora </p><p> Termopar (para determinacin de temperatura) </p><p> Refrigerante curvo </p><p>6. CLCULOS DEL VOLUMEN DEL PROPANOL PARA DIFERENTES CONCENTRACIONES DE PROPANOL </p><p>PARA CONSTRUIR LA CURVA DE CALIBRACIN. </p><p> = </p><p> + (8) </p><p> = % </p><p> (9) </p><p>As: </p><p> =1,8 0,995 803,40/</p><p>60,09502/= 23,94 </p></li><li><p> =0,2 1 0,999/</p><p>18/= 2,66 </p><p> =0,0268 </p><p>0,0268 + 2,66 2= 0,9 </p><p>Muestra Volumen C3H8O (mL) Volumen H2O (mL) X </p><p>C3H8O X </p><p>H2O Moles C3H8O </p><p>Moles H2O </p><p>1 2,00 0,00 1 0 26,60 0,00 </p><p>2 1,80 0,20 0,9 0,1 23,94 2,66 </p><p>3 1,60 0,40 0,8 0,2 21,28 5,32 </p><p>4 1,40 0,60 0,7 0,3 18,62 7,98 </p><p>5 1,20 0,80 0,6 0,4 15,96 10,64 </p><p>6 1,00 1,00 0,5 0,5 13,30 13,30 </p><p>7 0,80 1,19 0,4 0,6 10,64 15,96 </p><p>8 0,60 1,39 0,3 0,7 7,98 18,62 </p><p>9 0,40 1,59 0,2 0,8 5,32 21,28 </p><p>10 0,20 1,79 0,1 0,9 2,66 23,94 </p><p>11 0,00 179,82 0,001 0,999 0,00 2403,98 </p><p>Tabla 1. Volmenes de la mezcla liquida para realizar la calibracin del refractmetro. </p><p>7. BIBLIOGRAFA </p><p>[1] I. Garca Quiroga, Introduccin al equilibrio termodinmico y de fases, Bogot: Universidad Nacional </p><p>de Colombia, 1995. </p><p>[2] R. E. Treybal, Operaciones de transferencia de masa, Mxico: McGraw Hill, 1997. </p><p>[3] Annimo, Laboratorio de Qumica Fsica, Universidad de Valencia, 2013. [En lnea]. Available: </p><p>http://www.uv.es/qflab/2013_14/descargas/cuadernillos/qf1/castellano/PG_G_diagramasFases.pdf. </p><p>[ltimo acceso: 3 05 14]. </p><p> [4] Annimo, Anlisis y simulacin de procesos en estado estable y dinmico, 2010. </p><p>[5] R. Gamero, Termodinmica avanzada, Septiembre 2010. [En lnea]. Available: http://www.sarec-</p><p>fiq.edu.ni/pmciq/che570/pdf/3g.pdf. [ltimo acceso: 01 05 2014]. </p></li></ul>