UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTITLÁN
Laboratorio de Fisicoquímica II Grupo: 2351
Semestre: 2017-II
Profesor: Juan José Mendoza Flores EQUIPO No. 1
Integrantes: Gómez González Fernanda Saraí #1 ➔ Limones Martínez Julieta #2 ➔ ➔ Madero Ramírez Luis Alberto #4 Salazar Velasco André Iván #3 ➔
Reporte de la práctica 9: “Azeótropos” “ Azeótropos”
PRÁCTICA 9: “AZEÓTROPOS” Objetivos:
I.
Obtener datos experimentales del equilibrio líquido vapor, para una mezcla binaria real y construir el diagrama de equilibrio T vs X
II.
Determinar los parámetros de Margules y Van Laar para una solución real.
Introducción:
El azeótropo o mezcla azeotrópica, es una mezcla líquida de dos o más componentes que posee un único punto de ebullición constante y fijo, y que al pasar al estado gaseoso se comporta como un compuesto puro, es decir, como si fuera un solo componente. Se conocen muchos ejemplos de disoluciones binarias en las que la tendencia de escape de las moléculas de un componente está alterada por la proximidad de las moléculas del otro. Estas disoluciones denominadas reales o no ideales no obedecen a la ley de Raoult para todo el intervalo de su composición. Se admiten dos tipos de desviaciones de la ley de Raoult: desviación positiva y desviación negativa. Cuando la atracción entre moléculas de diferente especie, por ejemplo, moléculas A y B, es mayor que si se tratase de moléculas iguales como A y A, y B y B, la presión de vapor de la disolución es menor que la que cabía esperar para una disolución ideal, produciéndose una desviación negativa. Si la desviación es suficientemente grande, la curva de la presión total de vapor presenta un mínimo. Si la solución consta de dos líquidos volátiles, el coe ficiente de actividad , es:
=
La actividad,
=
Para una solución que contiene dos líquidos volátiles y para la cual no es posible variar la fracción molar de ambos componentes hasta la unidad, para solutos gaseoso, el coe ficiente de actividad está dada por la primera ecuación y el soluto: =
donde , la constante de Henry, es el valor de la interacción en = 0de una curva / en función de . Aunque los valores de por las dos primeras ecuaciones son diferentes, siempre y cuando se use para la sustancia el mismo estado estándar mediante un cálculo, el resultado no cambiaría. Si se conoce la actividad del solvente en una escala de concentraciones y la actividad del soluto en una de estas concentraciones, se puede usar la ecuación de Gibbs-Duhem
( ) =
( 1 )
para determinar el valor de la actividad del soluto en otra concentración haciendo una integración de la curva en función de ln 1 . 2
Resultados:
ηdestilado
ηresiduo
CH3OH
----
----
53.5
1
1.3439
1.3434
53
2
1.3678
1.3704
49.5
Teb /
3
1.3816
1.3880
47
4
1.4112
1.4071
48
5
1.3585
1.3595
49
CHCl3
----
----
52
Análisis de resultados:
Curva patrón de la mezcla metanol-cloroformo. mCH3OH (g)
mCHCl3 (g)
η
0.7924
0.0000
1.3288
1.2678
0.2984
1.3417
0.5546
0.2984
1.3555
0.6339
0.5967
1.3687
0.2773
0.4475
1.3760
0.3169
0.7459
1.3878
0.3962
1.3426
1.4039
0.2377
1.1934
1.4182
0.1585
1.4918
1.4268
0.1585
2.9835
1.4818
0.0000
1,1918
1.4465
De acuerdo a la literatura, los coeficientes de la ecuación de Antoine para el cloroformo y el metanol son: A
B
C
CH3OH
16.5785
3638.27
239.5
CHCl3
13.7324
2548.74
218.552
Cálculo de las fracciones molares: ➔ Líquido
ηliq
XCH3OH
XCHCl3
1.3439
0.9392
0.0608
1.3678
0.7981
0.2019
1.3816
0.6963
0.3037
➔
1.4112
0.4281
0.3719
1.3585
0.8741
0.1209
ηvap
YCH3OH
YCHCl3
1.3434
0.9396
0.0604
1.3585
0.8747
0.1253
1.3687
0.7996
0.2004
1.3878
0.6134
0.3866
1.4038
0.5255
0.4745
Vapor
Cálculo de ΔG*mezcla para el CH3OH
La fórmula que se usa para calcular el coeficiente de actividad es
Y para calcular ΔG mezcla se usa la fórmula
T
Xi
. Por ejemplo:
. Por ejemplo:
Yi
ai
ΔGmezcla
(J/mol)
326.15
0.9392
0.9396
0.8825
338.941
322.65
0.7981
0.8747
0.6981
964.075
320.15
0.6963
0.7996
0.5567
1559.05
321.15
0.4281
0.6134
0.2626
3570.17
322.15
0.8741
0.5255
0.4593
2083.89
*Los valores de las temperaturas se transformaron a Kelvin
Cálculo de ΔG*mezcla para el CHCl 3:
T
Xi
Yi
ai
ΔGmezcla (J/mol)
326.15
0.0608
0.0604
0.0036
15257.75
322.65
0.2019
0.1253
0.0253
9863.46
320.15
0.3037
0.2004
0.0608
7453.27
321.15
0.3719
0.3866
0.1437
5179.95
322.15
0.1209
0.4745
0.0573
7658.63
*Los valores de las temperaturas se transformaron a Kelvin
Diagrama de fracción molar VS energía libre de Gibbs molar:
A continuación calculamos GE/RT, empleamos los coeficientes para una mezcla binaria encontradas en la literatura: A12
A21
Margules
0.8320
1.7365
Van Laar
0.9356
1.8860
Para dicho cálculo se emplea la fórmula : X1= metanol X2= cloroformo Ejemplo: Sustituyendo las constantes de Margules: : Sustituyendo las constantes de Van Laar: X1
X2
GE /RT (Margules)
GE /RT (Van Laar)
0.9392
0.0608
0.0960
0.1043
0.7981
0.2019
0.2503
0.2729
0.6963
0.3037
0.3091
0.3377
0.4281
0.3719
0.1676
0.1839
0.8741
0.1209
0.1710
0.1861
Conclusiones:
Se consiguió llegar a los objetivos establecidos al inicio de la práctica, pues pudimos elaborar los diagramas de equilibrio de mezclas binarias azeotrópicas. Además observamos el comportamiento característico que estas tienen, totalmente diferente al de las soluciones ideales, el cual observamos en la práctica anterior. Referencias:
J.M. Smith, H. C. Van Ness y M. M. Abbot. Introducción a la Termodinámica para Ingeniería Química. Mc. Graw –Hill, 7° Ed. México, 2007. ● I. N. Levine. Fisicoquímica. 5° Ed. McGraw-Hill, España, 2004. ●
●
Menéndez, A. (2011). “Estimación de la composición azeotrópica de la mezcla etanol-agua”. Recuperado el 01 de mayo de 2017 de:
http://www.fra.utn.edu.ar/upload/49120ccbb3f7909a70c442aed04d5919.pdf
