UMSA206 QMC- PRACTICA # 7 “SISTEMA LIQUIDO DE TRES COMPONENTES” 1. OBJETIVO 1 Construir en forma experimental la cueva binodal (o curva de solubilidad) y las líneas de unión para el sistema ternario: cloroformo, agua y ácido acético. 2 Interpretar el diagrama de fases de un sistema ternario, aplicando la regla de las fases. 2. FUNDAMENTO TEORICO En un sistema en equilibrio el potencial químico de cada componente debe ser el mismo en cualquier parte del sistema. Si hay varias fases presentes, el potencial químico de cada componente (sustancia) debe tener el mismo valor en cada fase, en la que se encuentre el componente. Existen sistemas de un componente y varios componentes, entre estos pueden existir una o varias fases. Se puede hacer una generalización referente al número de fases que puede coexistir en un sistema llamada regla de las fases. Esta regla fue deducida y demostrada por J. Willard Gibbs y está dada por la siguiente ecuación: V=C-F+2 (1) Donde: V = Grados de Libertad (Varianza) F = Número de Fases en el sistema C = Número de Componentes 1 = Número referido a las variables de presión y temperatura La regla de las fases nos proporciona un adecuado control de ideas acerca de los equilibrios entre fases en sistema más complicados. Página 1 UMSA 206 QMC- En un sistema líquido de tres componentes (C = 3) de acuerdo a la regla de las fases la varianza del sistema será: V=C-F+2=3–F+2=5-F (1) Si se fijan la presión y la temperatura la varianza será: V =3-F (2) De modo que el sistema tendrá como máximo dos grados de libertad, que representan a las variables de composición relacionadas mediante la siguiente ecuación: X1 + X2 + X3 = 1 (3) Es decir, que si variamos dos de las tres variables de composición, automáticamente la tercera es fijada. Si existen 2 fases líquidas el sistema el sistema será monovariante, es decir que si se llega a variar cualquiera de las composiciones, las composiciones de las soluciones conjugadas en el sistema quedan automáticamente definidas por medio de una de las líneas de unión de las muchas que existen en la zona bifásica. Diagrama Triangular Para la representación gráfica de un sistema líquido de tres componentes es conveniente el empleo del diagrama Triangular equilátero como el que se muestra en la Fig. 1 donde los vértices del triángulo representan a un componente puro. Página 2 el % de A en la mezcla correspondiente al punto P está dado por los segmentos Pa o Pa’. en síntesis se tiene: % A = Pa . Un punto en el interior del triángulo representa una mezcla ternaria. cualquier punto del lado del triángulo representa una mezcla binaria.UMSA 206 QMC- Cada lado del triángulo se divide en 100 partes. para así tener la composición centesimal. en forma análoga el % de B está dado por los segmentos Pb o Pb’ y finalmente el % de C es igual a los segmentos Pc o Pc’. Sistema Acido Acético – Cloroformo – Agua En este sistema se tienen los siguientes pares: H2O – CH3COOH son totalmente miscibles entre sí CHCl3 – CH3COOH son totalmente miscibles entre sí CHCl3 – H2O son parcialmente miscibles entre sí Página 3 . % B = Pb . % C = Pc Los diagramas triangulares se utilizan como isotermas o diagramas a temperatura constante. UMSA 206 QMCAcido Acético 100% E M R Agua 100% Cloroformo En la anterior figura se muestra el diagrama de fases para este sistema a temperatura ambiente y presión atmosférica. Página 4 . donde las soluciones conjugadas tienen la misma composición a este punto se le denomina punto de pliegue. éste se distribuye entre las dos fases formando las soluciones ternarias conjugadas. la línea de unión se determina separando ambas fases y pesándolas para luego analizar el contenido de ácido acético en ambas fases. se separa en dos fases conjugadas de composición E y R. las líneas de unión se van acortando hasta que se llega al punto P. cuyas composiciones están indicadas por los puntos E y R. al agregar ácido acético. siempre que la cantidad de agua no exceda la correspondiente al punto de saturación indicado por X. La línea que los une se denomina línea de unión o línea de reparto y no es paralela a la base del triángulo debido a que el ácido acético es más soluble en agua que en cloroformo. El agregado posterior de agua separa al sistema en dos fases.UMSA QMC206 Cuando se agrega agua al cloroformo se obtiene un sistema homogéneo. Aplicando la regla de la palanca para soluciones conjugadas de la mezcla se tiene: Donde: R = Cantidad de la solución conjugada rica en CHCl3 E = Cantidad de la solución conjugada rica en H2O M = Cantidad de la mezcla XR = Fracción en peso de ácido acético en R XE = Fracción en peso de ácido acético en E XM = Fracción en peso de ácido acético en M Página 5 . Si la composición inicial del sistema es Z. A medida que se va agregando más ácido acético. Una mezcla preparada cuya composición está dada por el punto M. QMC- APARATOS Y REACTIVOS Los materiales que se usaron fueron los siguientes: 1 2 Buretas de 50 ml 2 6 Matraces erlenmeyer de 150 ml 3 2 Pinzas para buretas 4 Anillos.UMSA 206 3. 5 Embudos de separación de 125 ml 6 Soportes universales 7 2 Pipetas de 5 ml 8 1 Pipeta de 10 ml 9 1 Probeta de 50 ml Página 6 . PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Página 7 .UMSA 206 Los reactivos fueron: QMC- 1 Ácido acético glacial 2 Cloroformo 3 Hidróxido de Sodio 4 Fenolftaleína 5 Agua Destilada 4. 5 ml demezcla agua endeun de 100ml ácido acético Agregar ácido acético desde una bureta hasta obtener Añadir una solución clara. Agregar 4 porciones de 2.5 .5.1.1.UMSA 206 QMCSISTEMA LÍQUIDO DE TRES COMPONENTES Zona orgánica Zona acuosa Líneas de una 1 Erlenmeyer ml de cloroformo Preparar y 2. Pesar cada una de las fases y analiza Usar toda la fase orgánica y una alícuota de 5 ml de la fase acu Página 8 . y obtener una solución clara .5 ml de agua y en cada caso agregar ácido acético hasta que la turbidez de Anotar el volumen de ácido acético gastado. Traspasar a los embudos de separación y agitar vigorosamen Repetir el procedimiento agregando a la mezcla resultante 0.10 y 15 ml de agua cada vez.5tres ml de mezclas agua en de otro las siguientes Erlenmeyer comp de Prepara una mezcla de 5 ml de cloroformoPrepara y 0. 0 4 5 7. QMC- CALCULOS Y CUESTIONARIO Realizamos reorganizando nuestra hoja de cálculos: Zona Orgánica N Volumen CHCl3 Volumen H2O (ml) (ml) Volumen CH3COOH (ml) 1 5 0.5 4.6 2 1 5.0 6 5 32.0 5 5 17.0 5.5 8.5 26.4 Página 9 .0 2 5 1.5 15.2 3 1 7.5 Zona Acuosa N Volumen CHCl3 Volumen H2O (ml) (ml) Volumen CH3COOH (ml) 1 1 2.5 11.5 41.0 8.UMSA 206 5.4 3 5 2.5 5. 20 9.25 C 4.25 3.710 10.35 10. de modo que luego se midiera directamente el peso de cada fase.20 B 6.25 5.50 6. Los volúmenes fueron medidos directamente con la probeta correspondiente) Mezcla Fase Orgánica Peso (g) Fase Orgánica Volumen (ml) Fase Acuosa Peso (g) Fase Acuosa Volumen (ml) A 7.48 10.75 Pesos y Volúmenes de cada fase: (Los pesos se hallaron directamente en laboratorio aprovechando las bondades de la balanza electrónica usada.1 Página 10 .0 Líneas de Unión Preparación: Mezcla CHCl3(ml) CH3COOH (ml) H2O (ml) A 5. Se taró el peso de cada probeta vacía.5 5 1 12.520 4.UMSA 206 QMC4 1 10.75 6.0 14.5 17.090 5.00 B 4.5 C 5.540 9.710 4.50 10.75 3.50 5. 0 5.4 5 2.UMSA 206 QMC- 1.5 4.5 8.0 5 1. tabular resultados. Determinar los porcentajes en peso de cloroformo.0 5 32.0 5 17. Zona Orgánica Volumen CHCl3 Volumen H2O (ml) (ml) Volumen CH3COOH (ml) Aplicando la ecuación: ρCHCL 3=1.05 ρ H 2 O =1( ( mlg ) g ) ml TABLA1: Página 11 .0 5 7. acido acético y agua de cada mezcla.5 m= V ( mlg ) ρCH 3 COOH =1.5 41.5 26.5 15.47 5 0. 5 8.35 7.UMSA 206 QMCMasa CHCl3 Masa H2O (g) (g) Masa CH3COOH Masa Total (g) (g) 7.35 1.30 52.03 24.5 4.35 32.43 Entonces las fracciones en peso serán: TABLA2: % CHCl3 % H2O %CH3COOH 61.51 51.56 52.00 4.42 7.24 Zona Acuosa TABLA3: Página 12 .5 27.40 18.35 0.70 46.0 5.05 7.35 17.02 7.35 2.27 13.67 14.20 12.5 15.25 7.85 52.15 34.09 33.5 43.95 52.15 7.60 7.75 30.58 83.44 40.81 38.02 24.35 8.47 14.13 40. 5 1 12.97 20.69 Página 13 .0 Aplicando la ecuación: ρCHCL 3=1.47 10 15.47 7.5 5.94 1.6 1 5.0 14.61 15.2 1 7.47 m = V ( mlg ) ρCH 3 COOH =1.5 17.0 8.5 11.88 9.5 5.5 11.47 2.85 1.4 1 10.22 26.47 5 8.08 1.05 ρ H 2 O =1( ( mlg ) g ) ml TABLA4: Masa CHCl3 Masa H2O (g) (g) Masa CH3COOH Masa Total (g) (g) 1.UMSA 206 QMCVolumen CHCl3 Volumen H2O (ml) (ml) Volumen CH3COOH (ml) 1 2. 85 31.10 Graficar la curva binodal usando los resultados obtenidos en el anterior punto.38 59.16 57.16 5.47 12.0 % de cloroformo también en peso. El presente grafico se realizara en un papel milimetrado mostrando en comportamiento de cada sustancia: Página 14 .28 56.02 4.10 7. Mientras que la solución conjugada de cloroformo en agua contiene 1.51 37.82 Entonces las fracciones en peso serán: TABLA5: 2.5 17.75 33.47 57.82 57. completar con los siguientes datos: una solución saturada de agua en cloroformo contiene 98 % en peso de cloroformo.70 9.92 25.UMSA 206 QMC1.02 35. % CHCl3 % H2O %CH3COOH 14.62 39. UMSA 206 QMC- Página 15 . Trazar las líneas de unión Las composiciones en volumen de las mezclas son: Mezcla Clorofor mo Acido Acético Agua A 35% 25% 40% B 30 % 35 % 35 % C 30 % 45 % 25 % Pesos y Volúmenes: Mezcla Fase Orgánica Peso (g) Fase Orgánica Volumen (ml) A 7.20 9.UMSA 206 QMC3.090 5.5 C 5.520 4.20 B 6.710 4.50 10.35 10.710 10.48 10.1 Página 16 Fase Acuosa Peso (g) Fase Acuosa Volumen (ml) .540 9. UMSA 206 QMC- Página 17 . UMSA 206 QMC- Página 18 . UMSA 206 QMC- Para la solución A: Página 19 . 60 gr de HAc organico % HAc 0.54 gr Para la solución B: Página 20 .gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * * 1000 cc NaOH 1eq grNaOH 1eq grHAc 1mol m HAcORGANICO 0.68 gr *100 17.68 grHAc a cos o 1000 cc NaOH 1eq grNaOH 1eq grHAc 1mol 1.gr 1 eq .gr 1 eq .61 % HAc 9.46 % HAc 7.60 gr *100 8.09 gr % HAc ACUOSP m HAcACUOSO * 100 m ACUOSO ma cos o 14ccNaOH * % HAc 2 eq .0ccNaOH * 2 eq .gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * * 1.UMSA 206 QMC- % HAcORG m HAcORGANICO *100 mORGANICO m HAcORGANICO 5. 19ccNaOH * % HAc 2 eq .48 gr Para la solución C: Página 21 .6ccNaOH * 2 eq .28 gr * 100 21.gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * * 1000 cc NaOH 1eq grNaOH 1eq grHAc 1mol m HAcORGANICO 0.gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * * 2.gr 1 eq .UMSA 206 QMC- % HAc ORG m HAcORGANICO * 100 mORGANICO m HAcORGANICO 7.28 grHAc a cos o 1000 cc NaOH 1eq grNaOH 1eq grHAc 1mol 2.gr 1 eq .912 gr * 100 13.99 % HAc 6.520 gr % HAc ACUOSP m HAcACUOSO * 100 m ACUOSO m a cos o .76 % HAc 10.912 gr de HAc organico % HAc 0. 12 % HAc 5.gr 1 eq .UMSA 206 QMC- % HAc ORG m HAcORGANICO *100 mORGANICO m HAcORGANICO 11ccNaOH * 2 eq . se tiene: V=3-F Habiendo realizado este análisis.32 gr de HAc organico % HAc 1. 2 eq .32 gr *100 23. efectuamos el análisis en las diferentes regiones del diagrama: 1 en la región monofásica: F=1 2 V = 3 –1 = 2 en la región bifásica: Página 22 . T.gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * * 1000 cc NaOH 1eq grNaOH 1eq grHAc 1mol m HAcORGANICO 1. Dentro de la curva binodal es V = C – F+2 (P.gr 1 eq .43% HAc m ACUOSO 10. xi) Como P y T es constante y hay tres componentes.71 m a cos o 22.7cc * 4.724 *100 100 25.71gr % HAc ACUOSP m HAcACUOSO 2.724 grHAc a cos o 1000 cc NaOH 1eq grNaOH 1eq grHAc 1mol Indicar la varianza del sistema dentro y fuera de la curva binodal y en los dos lados del diagrama.gr HAc 1mol HAc 60 grHAc * * * 2. Página 23 . ya que sobre una línea de unión ya esta definida V = C – F = 3-2 = 1 5. este procedimiento se utiliza a nivel de laboratorio e industrial. benceno. dada por Nerst. como el proceso de extracción. cloroformo. las cuales dependen de la temperatura dada. Habiendo ya trazado las líneas de unión extrapolamos y trazamos una línea de unión hacia el punto de pliegue o punto de coso luto por tal razón se lee de la gráfica: % CH3COOH = 6. pero: “T” también es constante. En el primero se utiliza para remover una sustancia de un líquido o de un sólido mediante la utilización de un solvente orgánico como éter. tetracloruro de carbono o en agua. esta ley se ha aplicado al estudio de problemas a nivel teórico y práctico. pero para esto se necesita saber la cantidad de solvente a utilizar y el número de veces que se a de efectuar el ciclo de la extracción. A nivel industrial se aplica en la remoción de elementos no deseables en el producto final. Poniendo de ejemplo a la extracción.UMSA 206 F=2 3 QMCV=3–2=1 en una línea de unión: F = 2. ya que no se debe desperdiciar reactivos ni energía. %H2O = %CHCl3 = ¿Por que no puede aplicarse la ley de de reparto a las soluciones conjugadas? En 1391 se formula la ley del reparto. el de análisis y determinación de las constantes de equilibrio. Determine el punto pliegue. Ing. 3 Al realizar los cálculos se tuvo problemas con respecto de las líneas de unión puesto que a mi parecer se tuvieron confusiones al anotar los valores de la masas de las dos fases orgánica y acuosa puesto que la fase orgánica es la mas densa por lo tanto en el embudo de separación la fase orgánica estará en el fondo. BIBLIOGRAFIA 1 Guía de Laboratorio “Sistema líquido de Tres componentes”.UMSA 206 Debido a que el ácido acético es más soluble en el agua que en el cloroformo. CONCLUSIONES 1 Se construyo en forma experimental la curva binodal y las líneas de unión para el sistema ternario: cloroformo. es decir rica en agua. observando el cambio de fases respecto a la composición de cada elemento. 7. 2 FISICOQUÍMICA “Sistema Ternario”. La capa extracto es la solución conjugada rica en la fase acuosa. 4 Por ultimo la única recomendación que tengo es que en laboratorio se debería de tener mayor cantidad de reactivos puesto que nos hizo difícil hacer la práctica. QMC- Definir lo que significa capa refinada y capa extracto. pero al agregar un tercero (ácido acético) este ocasiona la disolución. Jorge Avendaño. en nuestro caso rica en cloroformo. por lo que tuve que hallar la progresión que seguiría las masas halladas. John H Meiser 3 Internet Pág. formándose entonces dos soluciones ternarias conjugadas en equilibrio. 1 Se comprobó la regla de las fases usando el diagrama triangular. agua y ácido acético. Ley de reparto Página 24 . 7. La capa refinada es la solución conjugada rica en la fase orgánica. 6. 2 La limitada solubilidad de los componentes ocasiona que se formen dos líquidos. UMSA 206 4 Biblioteca Encarta “Sistema Ternario” Página 25 QMC- .