INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS PRÁCTICA DE DIFUSIÓN MOLECULAR ALUMNA: GÓMEZ GONZÁLEZ VANIA LAURA GRUPO: 2IM35 EQUIPO: 2 HORARIO: MIÉRCOLES DE 11-13 hrs. NOMBRE DEL PROFESOR: JOSE MANUEL MEDINA HUERTA FECHA DE ENTREGA: 09 DE NOVIEMBRE DEL 2016 1.0 INTRODUCCIÓN 1.1 TRANSFERENCIA DE MASA Cuando un sistema tiene dos o más sustancias cuya concentración varía de un punto a otro, se presentará una 15 tendencia natural para minimizar las diferencias de concentración. A este fenómeno se le conoce como transferencia de masa, el cual está presente en la vida diaria: al disolver azúcar en una bebida, agregar sal en la cocción de la comida. En la industria toma un carácter más importante puesto que en diferentes operaciones unitarias se lleva a cabo la transferencia de masa (destilación, absorción, evaporación, etc.), ya sea para purificar un componente, homogeneizar una mezcla o separar sustancias toxicas de un efluente. Existen dos formas de transporte de materia: la difusión convectiva debida a los medios mecánicos que puedan provocar movimiento al interior del fluido por esfuerzos de cizalla, y la molecular en la cual la transferencia de materia que se debe al movimiento molecular (movimiento browniano). La segunda se puede describir con la primera ley de Fick: Dónde: jAz: Flux de masa [=] ���� / �2 � DAB: coeficiente de difusión de la especie A en la especie B [=] �2/� CA: concentración de la especie A [=] ����⁄�3 z: dirección en la cual se está transportando la especie A [=] � 1.2 DIFUSIÓN MOLECULAR 1.2.1 MOVIMIENTO BROWNIANO En 1828 el botánico inglés R. Brown observó que partículas de polen suspendidas en agua a condiciones normales de presión y temperatura describían un movimiento irregular, movimiento que no puede ser descrito por la mecánica de Newton y que fue considerado como uno de los primeros procesos estocásticos. Este movimiento es conocido como movimiento browniano. El movimiento browniano es el movimiento eterno de las moléculas de un fluido. Este movimiento se debe a pequeñas fluctuaciones de temperatura, presión y concentración dentro del sistema3 en la figura 1.1 se puede observar el esto es. Figura 1. Al extraer el tabique las dos fases entran en contacto y el movimiento browniano disminuirá la diferencia de concentraciones hasta hacerlas cero. En general la difusión molecular se origina por el movimiento térmico desordenado de las moléculas. así después de un periodo de tiempo suficientemente largo se tendrá un sistema con una concentración homogénea. procesos que no cumplen el equilibrio termodinámico. 1. Este fenómeno es la difusión molecular. Figura 1.2 TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS DE DIFUSIÓN La Figura 1.1 Partícula coloidal describiendo el movimiento browniano. 15 movimiento seguido por una partícula coloidal dentro de un fluido y como se ve es un movimiento totalmente azaroso.2 muestra un sistema isobárico e isotérmico que contiene dos fases separadas por un tabique removible e impermeable. Cada fase es una disolución diferente a la de la otra fase. La difusión molecular desde el punto de vista termodinámico pertenece a los procesos irreversibles.2 Difusión molecular a una temperatura y presión constantes. .2. y “∇�� ” es el campo vectorial del gradiente que apuntará en dirección de máximo aumento del potencial químico. Cuando en un sistema existen reacciones globales o existe transferencia neta de materia. no se cumple el equilibrio material y el sistema tenderá espontáneamente al equilibrio. “�11 ” es un coeficiente propio del fenómeno (ya que pueden existir transferencia de masa acoplada con transferencia de calor). Con las ideas anteriores en mente se puede afirmar que los procesos . Detrás de la difusión molecular están los conceptos de potencial químico y entropía: Se puede decir que: la condición para el equilibrio material en un sistema es la maximización de la entropía total del sistema más la de su entorno y: la condición de equilibrio material para T y P constantes es la minimización de la función de Gibbs. 15 Los procesos en equilibrio termodinámico deben cumplir las siguientes condiciones: equilibrio mecánico. equilibrio térmico y equilibrio material. “T” es la temperatura absoluta del sistema. El vector que nos dará un aumento de entropía es el siguiente: Donde “C” es la concentración molar de la especie i- ésima. En la ecuación anterior el signo negativo indica que el campo vectorial gradiente estará direccionado de las zonas de mayor a las de menor potencial químico. Para iniciar el análisis se supondrá el sistema divido en pequeñas regiones donde en cada región se cumplen las relaciones termodinámicas fundamentales (esto es: cada función de estado depende de la posición y el tiempo y varía solo con la posición en caso de encontrarse el sistema en régimen permanente). Es evidente que si se agrupan los tres primeros términos de la ecuación anterior.3. 1. los electrolitos también son conocidos como soluciones iónicas. esta se reduce a la ecuación de Fick. ya que depende de la presión. bases o sales. los electrolitos existen como disoluciones de ácidos. Más aún.3 Difusión de un soluto a presión y temperatura constantes. Figura 1.3 ELECTROLITO Un electrolito o electrólito es cualquier sustancia que contiene en su composición iones libres. polipéptidos) o sintéticos (por ejemplo. La difusividad es una función de estado local. en cuyo caso se denominan polielectrolito) y contienen múltiples centros cargados. Comúnmente. y hasta que el potencial químico se iguale en todo el sistema. poliestirensulfonato. Las soluciones de electrolitos se forman . ADN. La constante de proporcionalidad D AB es la difusividad del componente A. Las soluciones de electrolitos pueden resultar de la disolución de algunos polímeros biológicos (por ejemplo. Debido a que generalmente se encuentran iones en una solución. en el componente B. que hacen que se comporte como un conductor eléctrico. algunos gases pueden comportarse como electrolitos bajo condiciones de alta temperatura o baja presión. 15 difusionales se llevarán a cabo hasta que el sistema alcance un máximo de entropía. pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos. esto se representa en la Figura 1. temperatura y composición del sistema. 15 normalmente cuando una sal se coloca en un solvente tal como el agua.0 DESARROLLO EXPERIMENTAL 2. es decir. y esto permite su movimiento. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material. No debe confundirse con conducción.1 DIAGRAMA DEL EQUIPO . que es el mecanismo mediante el cual la carga fluye.4 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad (o de la aptitud) de un material o sustancia para dejar pasar (o dejar circular) libremente la corriente eléctrica. y de la temperatura. tiene el símbolo G y se mide en siemens(S). o con la conductividad. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material. y los componentes individuales se disocian debido a las interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto. Los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles. en un proceso denominado solvatación. Al encontrar el recíproco de la resistencia eléctrica de un material se tendrá una medida de que tan bien conducirá éste la electricidad.5 CONDUCTANCIA Se denomina conductancia eléctrica (G) a la facilidad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica. La cantidad se llama conductancia. 1. 2. 1. que es la conductancia específica de un material. 1 Esquema del equipo experimental para llevar a cabo la práctica 2. 15 Figura 2.2 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL . mol/L. Colocar Colocar el el difusor en el difusor en el porta porta muestra muestra de de tal manera que tal manera que la la Llenar el porta Llenar el porta muestra muestra con con la la solución de NaCl solución de NaCl llene llene solución de solución de NaCl. de este. usar usar agua destilada. agitación agitación Colocar Colocar el porta muestta el porta muestta lleno lleno Encender Encender el el medidor medidor dede en en el el contenedor. determinado. evitar contenedor. con con agua agua destilada. éste. su superficie. destilada. introducir conductancia. el agitador magnético. NaCl. Medir la temperatura Medir la temperatura del del agua agua Encender la parrilla Encender la parrilla de de con con el el termómetro termómetro y y registrarlo. asegurarse que no asegurarse que no queden queden burbujas en los capilares. evitar conductancia conductancia y y tomar tomar la la lectura lectura movimientos movimientos bruscos bruscos y y tomar tomar del del agua agua destilada.3 DATOS EXPERIMENTALES Tabla 2. el acrílico. registrarlo. agitador magnético. agitación. destilada. contenedor.1 Datos experimentales Tiempo 2 3 4 5 6 7 . 15 Enjuagar Enjuagar elel recipiente recipiente de de Preparar Preparar una una solución solución de de NaCl NaCl acrílico. yy solución solución debe debe quedar quedar enen el el quede quede una una pequeña pequeña cantidad cantidad borde de borde de éste. capilares. de de solución en su solución en superficie. introducir el el debe debe de estar por debajo de la de estar por debajo de la agitador agitador magnético dentro del magnético dentro del marca marca negra negra de este. Conectar los electródos Conectar los electródos del del Colocar Colocar agua agua destilada en el destilada en el contenedos contenedos al al medidos medidos dede contenedor. con con una una concentración concentración de de 2 2 el porta el porta muestra muestra y el difusor y el difusor mol/L. burbujas en los capilares. lectura lectura cada tiempo cada tiempo determinado. agua destilada. el el nivel de la nivel de la completamente completamente loslos capilares. contenedor contenedor y y colocarlo colocarlo sobre sobre lala parrilla parrilla de de agitación. 2. el el nivel del agua nivel del agua conductancia. 00E-03 4.00E-03 Conductancia (Siemens) Gráfica 2.05 0 0.1 Realizar la curva de calibración.21x + 0 0.1 0.35 f(x) = 122.35x10-4 4.65x10.4.2x10-4 4.5x10- 4 0-4 4 ia (Siemens) Tiempo 8 9 10 15 20 30 (min) Conductanc 4.4 SECUENCIA DE CÁLCULO 2.45x1 4.3x10.1 Curva de calibración.75x10.2 Determinar la concentración de NaCl a partir de las lecturas de conductancia realizadas en el .4.4 0. 6x10-4 0-4 4 4 4 ia (Siemens) 2.2 Concentración (g/L) 0. 4.15 0. 2. 0.9x10. También se puede ver en la gráfica la ecuación de la recta con la cual se pueden determinar los valores de la concentración del NaCl en cualquier conductancia que se haya medido.2x10-4 5. 15 (min) Conductanc 3. 5.25 0.00E+00 2.3 0. 4.55x1 4.3x10-4 4. 5cm .026497 g/ min cm2 D= .120 g/ cm3 = -0.057 (g/L) 36 02 25 86 08 69 Conductancia 4. 4.55x1 4.058 0.(0.5x10- 4 4 4 (siemens) 0-4 0-4 4 Concentración 0.95033 cm2 Tiempo=3 min ∆Z=0.05036g / (2 min * 0.036x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =5. Conductancia 3.11994963 g/ cm3 (∆C/∆Z)= -0.3 Utilizar la ley de Fick para determinar el coeficiente de difusión 2 mol = 120 g/L = 0.3x10- 6x10-4 (siemens) 0-4 0-4 0-4 4 4 Concentración 0.(J / (∆C/∆Z) ) =.067 0. 5.4. 4.054 0.11994963 g/ cm3 / 0. 4.055 0.050 0.055 0.45x1 4.060 0.2x10.239899 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.5cm Conductancia en Siemens: 3.75x1 5.026497 g/ min cm2) / (- 0.9x10-4 C= 0.120 g/ cm3 A=0.2x10.05036 g/L = 5.0.057 0.1104507 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.35x1 4.076 (g/L) 30 52 74 24 47 02 2.9x10.059 0.066 0.5cm = -0.2 En la siguiente tabla se pueden ver los valores calculados de la concentración de NaCl con respecto a la conductancia en Siemens obtenidos experimentalmente.95033 cm2 Tiempo=2 min ∆Z=0.65x1 4.3x10.120 g/ cm3 A=0. 15 experimento usando la curva de calibración.036x10-5 g/cm3 . Tabla 2.239899 g/cm4) D=0. los valores de las concentraciones se obtuvieron mediante la curva de calibración y la ecuación de la recta obtenida de la misma.95033cm2) =0. 11994474 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.11994474 g/ cm3) / (0.2398919 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.0605883 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.525x10-5 g/cm3 .2x10-4 C= 0.(0.0145345 g/ min cm2 D= .402x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =5.0.05525g / (4 min * 0.402x10-5 g/cm3 .586x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =5.0789967 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.120 g/ cm3 = -0.525x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =5.05402 g/L = 5.05586g / (5 min * 0.239899 g/cm4) D=0.35x10-4 C= 0.05586 g/L = 5.1199459718 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.0189506 g/ min cm2) / (- 0.(0.3x10-4 C= 0.120 g/ cm3 = -0.(J / (∆C/∆Z) ) =.95033cm2) =0.95033 cm2 Tiempo=5 min ∆Z=0.120 g/ cm3 A=0.23988827 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.0117562 g/ min cm2 .1199441386 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.0145345 g/ min cm2) / (- 0.5cm) = -0.2398894 g/cm4) D=0. 15 Conductancia en Siemens: 4.1199459718 g/ cm3) / (0.05525 g/L = 5.(J / (∆C/∆Z) ) =.0189506 g/ min cm2 D= .05402g / (3 min * 0.2398894 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.0.120 g/ cm3 = -0.5cm) = -0.120 g/ cm3 A=0.5cm Conductancia en Siemens: 4.95033 cm2 Tiempo=4 min ∆Z=0.0.5cm) = -0.95033cm2) =0.95033cm2) =0.5cm Conductancia en Siemens: 4.586x10-5 g/cm3 .1199441386 g/ cm3) / (0. 120 g/ cm3 = -0.120 g/ cm3 A=0.5x10-4 C= 0.5cm) = -0.11994291 g/ cm3) / (0.769x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =5.05769g / (7 min * 0.708x10-5 g/cm3 .04173303 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.(J / (∆C/∆Z) ) =.5cm) = -0.1199423 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.55x10-4 C= 0.120 g/ cm3 A=0.95033 cm2 Tiempo=8 min ∆Z=0.(0.0117562 g/ min cm2) / (- 0.0100111 g/ min cm2) / (- 0.708x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =5.0.(J / (∆C/∆Z) ) =.11994291 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.5cm Conductancia en Siemens: 4.45x10-4 C= 0.23988583 g/cm4) D=0.05830 g/L = 5.120 g/ cm3 A=0.95033 cm2 Tiempo=7 min ∆Z=0.05708g / (6 min * 0.95033cm2) =0.1199423 g/ cm3) / (0.0.95033cm2) =0.5cm Conductancia en Siemens: 4.23988583 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.05769 g/L = 5.05708 g/L = 5.(0.0100111 g/ min cm2 D= .0361542 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.83x10-5 g/cm3 .769x10-5 g/cm3 .239884611 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.23988827 g/cm4) D=0.120 g/ cm3 = -0.(0. 15 D= .0086728 g/ min cm2 D= .239884611 g/cm4) D=0.0086728 g/ min cm2) / (- 0.049006 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.(J / (∆C/∆Z) ) =.5cm Conductancia en Siemens: 4.95033 cm2 Tiempo=6 min ∆Z=0. 074x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci = 6.95033cm2) =0.95033 cm2 Tiempo= 10 min ∆Z=0.02901389 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.23988094 g/cm4) D=0.0076691 g/ min cm2) / (- 0.074x10-5 g/cm3 .05952g / (9 min * 0.95033cm2) =0.5cm) = -0.00695988 g/ min cm2 D= .06074 g/L = 6.(0.5cm) = -0.0266488 cm2 / min .(0.5cm) = -0.00695988 g/ min cm 2) / (- 0.0063924 g/ min cm2 D= .05830g / (8 min * 0.1199404 g/ cm3) / (0.(J / (∆C/∆Z) ) =.0.2398785 g/cm4) D=0.83x10-5 g/cm3 .95033 cm2 Tiempo=9 min ∆Z=0.(J / (∆C/∆Z) ) =.1199417 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.2398785 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.0076691 g/ min cm2 D= .(J / (∆C/∆Z) ) =.06074g / (10 min * 0.23988094 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.120 g/ cm3 = -0.952x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =5.1199417 g/ cm3) / (0.0.(0.23988338 g/cm4) D= 0.95033cm2) =0.120 g/ cm3 = -0.5cm Conductancia en Siemens: 4.120 g/ cm3 A=0.120 g/ cm3 = -0.05952 g/L = 5.5cm Conductancia en Siemens: 4.952x10-5 g/cm3 .65x10-4 C= 0.11993925 g/ cm3) / (0.0.120 g/ cm3 A=0.0319701 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.0063924 g/ min cm2) / (- 0.1199404 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0. 15 ∆C=Cf – Ci =5.75x10-4 C= 0.23988338 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.11993925 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0. 95033cm2) =0.95033 cm2 Tiempo= 15 min ∆Z=0.624x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =6.5cm Conductancia en Siemens: 5.06747 g/L = 6.1199337 g/ cm3) / (0.747x10-5 g/cm3 .1199239 g/ cm3 .120 g/ cm3 A=0.(J / (∆C/∆Z) ) =.1199325 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.(J / (∆C/∆Z) ) =.120 g/ cm3 A=0.3x10-4 C= 0.06747g / (20 min * 0.076 g/L = 7.5cm Conductancia en Siemens: 5.2x10-4 C= 0.(0.1199325 g/ cm3) / (0.120 g/ cm3 A=0.004647 g/ min cm2 D= .06624 g/L = 6.0035498 g/ min cm2 D= .06624g / (15 min * 0.624x10-5 g/cm3 .0035498 g/ min cm2) / (- 0.5cm) = -0.120 g/ cm3 = -0.(0.120 g/ cm3 = -0.95033cm2) =0.120 g/ cm3 = -0.2398675 g/cm4) D= 0.2398675 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.95033 cm2 Tiempo=20 min ∆Z=0.5cm) = -0.1199337 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.23986505 g/cm4) D=0.747x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =6.0147995 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.0193750 cm2 / min 2 mol = 120 g/L = 0.0.95033 cm2 Tiempo=30 min ∆Z=0. 15 2 mol = 120 g/L = 0.5cm Conductancia en Siemens: 6x10-4 C= 0.6x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci =7.0.0.6x10-5 g/cm3 .004647 g/ min cm2) / (- 0.23986505 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0. 15 (∆C/∆Z)= (-0.5cm) = -0.(J / (∆C/∆Z) ) =.0026666 g/ min cm2 D= .95033cm2) =0.1199239 g/ cm3) / (0.0026666 g/ min cm2) / (- 0.2398479 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.2398479 g/cm4) D=0.(0.076g / (30 min * 0.01111 cm2 / min . 3 Tabla de resultados de la práctica .5 TABLA DE RESULTADOS Y GRÁFICAS Tabla 2.2. . 00E-04 3.50E-04 0 5 10 15 20 25 30 Tiempo (min) Gráfica 2.01 x ) 5.50E-04 4.00E-04 f(x) = 0 exp( 0.2 Conductancia vs Tiempo. Se observa un decremento entre la relación de los valores debido a la curva que .00E-04 Conductancia (Siemens) 4. Se muestra la Conductancia con respecto al tiempo y se ve que el cambio va en incremento. Se puede visualizar la línea de tendencia exponencial y la ecuación que más responde al comportamiento de esta gráfica.3 Difusión vs Inversa del flujo másico. DIFUSIÓN vs 1/J 0 0 0 0 0 0 f(x) = 0 exp( -0. que mientras la conductancia aumenta el tiempo también.01 x ) Difusión (cm2/s) 0 0 0 0 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1/J (min cm2/ g ) Gráfica 2. CONDUCTANCIA vs TIEMPO 6.50E-04 5. es decir. 4 Difusión vs Tiempo.se originó por la inversa del flujo. Se puede visualizar la línea de tendencia exponencial y la ecuación que más responde al comportamiento de esta gráfica. pero la relación no es lineal. A medida que la difusión disminuye el tiempo aumenta. . es parabólica. Se observa una perfecta curva descendente como relación entre ambos valores. DIFUSIÓN vs TIEMPO 0 0 0 Difusión (cm2/s) f(x) = 0 exp( -0.08 x ) 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Tiempo (min) Gráfica 2. Se puede visualizar la línea de tendencia exponencial y la ecuación que más responde al comportamiento de esta gráfica. 07 0. DIFUSIÓN vs CONCENTRACIÓN 0 0 f(x) = 0.95033 cm2 Las mediciones se hacen cada cierto tiempo el cual hay que tomarlo y tenerlo en cuenta.05 0.0 ANÁLISIS DE RESULTADOS 3. pero esto se debe a que en los datos experimentales pudo haber errores de lectura.06 0.14 exp( -91.05 0. 3. Se observa otra curva que ya no es tan perfecta ni proporcional entre los valores entre sí.07 0. también el valor de la ∆Z siempre será constante con un valor de: .120 g/ cm3 El manual de prácticas menciona que el difusor de plástico tiene 121 capilares de 1 mm de diámetro con una longitud de 5 mm.5 así que quedaría la conversión de la siguiente manera: 2 mol /L = 120 g/L = 0.1 Análisis de la secuencia de cálculos Se sabe que la solución inicial preparada debía tener una concentración de 2 mol / L por lo tanto se hace la conversión para dejar esas unidades en gramos sobre centímetro cúbico. Se puede visualizar la línea de tendencia exponencial y la ecuación que más responde al comportamiento de esta gráfica.08 Concentración (g/L) Gráfica 2.06 0.21 x ) 0 Difusión (cm2/s) 0 0 0. sabiendo que el peso molecular del NaCl es de 58. por lo tanto con esos datos se debe sacar el área incluyendo todos los capilares y así mismo convertirlo a unidades de centímetros cuadrados para poder llevar a cabo los cálculos: A=0.5 Difusión vs Concentración. 1 se ve la ecuación de la recta la cual es: y = 122. en la tabla 2.21x + 0.1 de datos experimentales se puede ver que mientras el tiempo pasaba el valor de la conductancia aumentaba un ejemplo es que a los 30 minutos el valor fue de: Conductancia en Siemens: 6x10-4 Mientras que a los 2 minutos el valor fue de: Conductancia en Siemens: 3. esto se puede hacer de dos maneras.0.9x10-4 Ahora con la gráfica 2. Una vez obtenidos los valores de cada delta.076 g/L = 7. Por ejemplo: De la gráfica 2.1. en gramos sobre litro y luego se convierte a gramos sobre centímetros cúbicos. y una vez teniendo todos esos valores se debe obtener la ∆C que sería la concentración final menos la concentración inicial y como con esos valores ya se cuenta entonces se hace la resta para obtener la diferencia entre ambos valores. C= 0. interpolando.1199239 g/ cm3 Está correcto si sale negativo ya que el objetivo es encontrar el coeficiente de difusión entonces en la operación final ese signo se eliminará con el signo negativo que el coeficiente de difusión tiene y eso se puede observar de la ecuación de Fick.6x10-5 g/cm3 Ese será el valor de la concentración respectiva y así se hace para cada conductancia obtenida experimentalmente. se puede obtener el gradiente.5cm Cada cierto tiempo se tomó un valor de conductancia en siemens que es su unidad de medida.0027 Si sustituimos en esa ecuación 6x10-4 Siemens que fue el valor de la conductancia a los 30 minutos obtendremos el siguiente valor.∆Z=0. por lo tanto se debe hacer una división como se muestra a continuación: . la curva de calibración se deben obtener los valores de la concentración para cada conductancia medida. de la siguiente manera: ∆C=Cf – Ci =7.120 g/ cm3 = -0.6x10-5 g/cm3 . o sacando la ecuación de la recta de esa gráfica para sustituir cualquier valor de conductancia en siemens y obtener el valor de la concentración respectiva. 0026666 g/ min cm2) / (-0. eso no afecta en el resultado final.2398479 g/cm4 El signo negativo sale por el valor de la diferencia de las concentraciones pero como se mencionó.2 Análisis de la gráfica conductancia vs tiempo La gráfica 2.0026666 g/ min cm2 Y finalmente. así que para la unidades de gramos se debe tomar en cuenta la masa de NaCl contenida en un litro. la ecuación: J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) Sustituyendo valores.1199239 g/ cm3) / (0. ya que eso dará una idea de que es lo que vamos a utilizar para obtener ese valor.5cm) = -0.(J / (∆C/∆Z) ) =. (∆C/∆Z)= (-0. el tiempo es lo que nos llevamos en tomar esa lectura respectiva de conductancia y el área evidentemente sería de los capilares en el difusor. por ejemplo para el tiempo de 30 minutos quedaría de la siguiente manera: J=0.(0. ya tenemos todo para obtener el valor del coeficiente de difusión que es el objetivo de la práctica y se obtiene mediante la fórmula de la ley de Fick. a pesar de que su aumento no sea proporcional. Por lo tanto quedaría de la siguiente manera. quedaría de la siguiente manera: D= .01111 cm2 / min 3. La semi-línea que se forma tiene una pendiente positiva.2398479 g/cm4) D=0. Para poder sacar el flujo másico se debe tener en cuenta que las unidades en que se va a obtener será en gramos sobre minutos por centímetros cuadrados.95033cm2) =0. eso quiere decir que conforme el tiempo aumenta la conductancia también aumenta. . ese valor se encuentra de la curva de calibración.2 muestra el comportamiento que tiene la conductancia con respecto al tiempo y se puede ver que no forma una línea recta perfecta porque los valores experimentales pueden variar por ciertas condiciones que no estén bien definidas al momento de llevar el experimento.076g / (30 min * 0. 0 CONCLUSIONES Para llevar a cabo esta experimentación primero se determinó el valor de la conductancia en Siemens tomando el tiempo.3 la cual es una curva descendente. 3. y errores en las mediciones. el comportamiento es parabólico descendente. El comportamiento que tiene la difusión con respecto a la inversa del flujo másico no es lineal.3 Análisis de la gráfica difusión vs inversa del flujo másico Si graficáramos la difusión con respecto al flujo másico quedaría una línea recta con una pendiente positiva pero al momento de sacar la inversa a los valores del flujo másico se obtendrá otra forma de gráfica que se puede ver en la Gráfica 2.5 Análisis de la gráfica difusión vs concentración En la gráfica 2. 4. pero cabe resaltar que ese comportamiento no es lineal. pero es claro que conforme el valor de la difusión disminuye el valor de la concentración aumenta.3. conforma el valor de la difusión disminuye el tiempo aumenta. 3. sin embargo se puede decir que si el valor del coeficiente de difusión disminuye la inversa del flujo másico va aumentando. sin embargo.5 se observa el comportamiento de la difusión contra la concentración. su comportamiento es parabólico descendente. eso puede deberse a la experimentación llevada a cabo. esa relación no es línea.1 de datos experimentales que conforme el tiempo aumenta la conductancia también. También ese comportamiento se puede apreciar en la tabla 2. pero no es lineal. la curva que se forma no está muy definida. y se puede deducir que su forma es muy similar al de la gráfica 2. Para el balance de envolvente se debe tener en cuenta que se lleva a cabo en el difusor y que para efectuar el balance: La concentración del NaCl no cambia en el difusor .4 Análisis de la gráfica difusión vs tiempo En la gráfica 2.4 se puede ver el comportamiento del coeficiente de difusión con respecto al tiempo. Conforme el tiempo pasaba había menos difusión molecular porque las partículas de NaCl estaban cada vez más presentes en el medio donde se difundían 3. 0.06074g / (10 min * 0.0063924 g/ min cm2 .95033 cm2 Tiempo= 10 min ∆Z=0. El procedimiento ya ha sido explicado en el análisis de resultados.5cm) = -0.074x10-5 g/cm3 .5cm Conductancia en Siemens: 4. solo hay difusión molecular y NaCl Para llevar a cabo los cálculos se tuvo que llevar una secuencia de cálculos para obtener finalmente el coeficiente de difusión para cada valor de conductancia tomado experimentalmente.074x10-5 g/cm3 ∆C=Cf – Ci = 6.3 donde muestra los resultados finales.2398785 g/cm4 J=W de NaCl en 1 L / (tiempo * Área) J=0.120 g/ cm3 = -0. y que no depende de la distancia.120 g/ cm3 A=0.06074 g/L = 6.11993925 g/ cm3 (∆C/∆Z)= (-0.11993925 g/ cm3) / (0.75x10-4 C= 0. En los orificios del difusor no existen efectos convectivos. la secuencia de cálculos fue llevada de la siguiente manera tomando como ejemplo la conductancia del tiempo a los 10 minutos: 2 mol = 120 g/L = 0. pero el comportamiento de cada resultado se puede ver en la tabla 2.95033cm 2) =0. La concentración de NaCl con el electrodo de conductividad es homogéneo en todo el tiempo. En concreto. 5 donde se encuentra la difusión con respecto a la concentración. pero a eso se le llama movimiento browniano. porque las partículas irán a la dirección necesaria para evitar esa diferencia. se puede ver que los comportamientos son muy similares. La gráfica 2. Es decir que las particular van a tender naturalmente a eliminar el gradiente de concentración. la difusión será continua.4. ambas gráficas forman una parábola descendente. sin dirección fija ni sentido.2 que es la conductancia contra el tiempo. etc.1 de datos experimentales también.2. no tiene un comportamiento tan regular sin embargo. D= .3. a eso se le llama transferencia de masa. aparentemente regular y bien definida. Eso se puede deber a que las particular de NaCl entre más concentración menos naturalidad al movimiento tendían . 2.2398785 g/cm4) D=0. sin embargo del comportamiento de esos valores se puede decir que conforme la conductancia fue aumentando el tiempo también. se ve que no forma una línea recta con pendiente positiva muy definida. Si se mantiene el gradiente añadiendo continuamente material nuevo a la zona donde está más alta la concentración y eliminando concentración de la zona de más baja concentración.(J / (∆C/∆Z) ) =. La gráfica 2. conforme la difusión disminuye la concentración aumenta.0063924 g/ min cm2) / (-0.5 se puede ver el comportamiento que tuvieron ciertos valores graficados.0266488 cm2 / min En las gráficas 2. La gráfica 2.3 que es la difusión contra la inversa del flujo másico y la gráfica 2. o sal en agua. es decir que se mueven a la dirección necesaria para poder hacer eso. No tienen una dirección exacta de movimiento. se presentará un tendencia natural para minimizar las diferencias de concentración. el cual define el movimiento de las partículas en un fluido y que ese movimiento es totalmente irregular.(0. y eso se puede ver en la tabla 2. por ejemplo cuando se poner azúcar en agua.4 que es la difusión contra el tiempo. Se sabe que cuando un sistema tiene dos o más sustancias cuya concentración varía de un punto a otro. es algo que se ve a diario. 2. 2. La membrana permeable puede permitir el paso de partículas y disolvente siempre a favor del gradiente de concentración. La difusión. Algunos ejemplos de aplicaciones de difusión: -Sinterización para producir materiales sólidos -Diseño de reactores químicos -Diseño de catalizador en la industria química -El acero puede ser difundido para modificar sus propiedades -Dopaje durante la producción de semiconductores. La difusión de materia tiene el sentido en el que la concentración disminuye. proceso que no requiere aporte energético. La difusión es fundamental en muchas disciplinas de la física. pero también la difusión se produce cuando no hay gradiente de concentración. la viscosidad del fluido y el tamaño de las partículas. Es el movimiento térmico de todas las partículas a temperaturas por encima del cero absoluto. Normalmente los procesos de difusión están sujetos a la ley de Fick. aumentando la entropía (desorden molecular) del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disuelven. La difusión molecular es un fenómeno irreversible.0 ANEXO 5 definiciones de difusión molecular La difusión (también difusión molecular) es un proceso físico irreversible. 5. La velocidad de este movimiento es una función de la temperatura. la química y la biología. . porque ya no había tanto gradiente de concentración que eliminar puesto que la mezcla se iba homogenizando. La difusión molecular aparece al existir una distribución espacial de concentración de materia. El resultado de la difusión es una mezcla gradual de material. es frecuente como forma de intercambio celular. Difusión molecular: explica el flujo neto de moléculas de una región de mayor concentración a una de menor concentración. en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente. Esto sucede cuando no existen orificios físicos en el tejido ¿Cómo se mide la permeación? La permeación se mide exponiendo la superficie exterior de una muestra de tejido al producto químico contra el que se prueba. La difusión de las moléculas se produce en la dirección necesaria para eliminar el gradiente de concentración. Si se mantiene el gradiente añadiendo continuamente material nuevo a la región de la alta concentración y eliminándolo de la región de baja concentración. Ello se presenta a menudo en las operaciones de transferencia de materia y en sistemas de reacción. La superficie interna del tejido se monitoriza de forma analítica para determinar la cantidad de sustancia química (en su caso) que atraviesa el tejido. y simula condiciones de inmersión total. . La exposición es total y constante. La difusión molecular es el movimiento de las moléculas de los componentes de una mezcla producida por la diferencia de concentración existente en el sistema. la difusión será continua. Permeación y difusión La permeación es el proceso por el cual una sustancia química atraviesa un polímero mediante la difusión molecular.
Report "Practica de Difusión Molecular ESIQIE FFT"