Sistemas ternarios

Sistemas ternarios
Equilibrios liquido-liquido

Indice
1.
Introducción
2. Objetivos
3. Materiales y
reactivos
4. Descripción del
equipo
5. Cálculos
previos
6. Datos experimentales
7. Resultados
8. Discusión de
resultados
9. Conclusiones
10. Recomendaciones
11. Bibliografía
12. Anexos

1. Introduccion

Es posible tratar todos los equilibrios heterogéneos
desde un punto de vista unificado por medio del principio
conocido como Regla de las Fases, con el cual él
numero de variables a
que se encuentra sometido un equilibrio
heterogéneo cualquiera, queda definido bajo ciertas
condiciones experimentales definidas. En los casos de sistemas de tres
componentes se conviene fijar la temperatura y
presión
variando solamente las composiciones del sistema; la
manera de representar este sistema es mediante la
utilización de un triangulo equilátero donde cada
uno de sus vértices indica uno de los componentes puros,
en cada lado se leerá la composición del sistema
ternario.

Esta practica abarcara las relaciones de solubilidad del
sistema de tres componentes como lo son el acetato de etilo –
ácido acético-agua, se
trazara el diagrama de
equilibrio y se construirá la curva de solubilidad
(binodal) para una temperatura dada y por ultimo se determinara
las composiciones de los puntos críticos y
máximos.

El procedimiento
experimental a llevarse a cabo para lograr cumplir los objetivos
anteriormente planteados se dividen en dos partes, la primera
parte, para la construcción de la curva binodal, se
preparan 10 alícuotas que contengan de 10-90 % de acetato
de etilo en agua y se titularan con ácido acético
glacial y a partir del punto final de la titulación se
calculara cada las composiciones en peso y fracciones molares de
cada alícuota, con ellas se trazara la curva de
solubilidad. La segunda parte (construcción de las
líneas de unión) se preparan cuatro disoluciones
con cantidades conocidas de acetato de etilo, ácido
acético y agua, se colocaran en un embudo de
separación y se agitara por dos minutos, se separan las
capas formadas, a continuación se tomara una
alícuota de cada disolución y se titularan con una
base fuerte, en este caso, hidróxido de sodio. Con el
porcentaje en peso de ácido acético de cada fase se
proyectan las líneas de unión del sistema. Con el
diagrama completo se determinara el punto máximo y el
punto critico isotérmico del sistema, además de los
grados de libertad.

Los diagramas de
líquidos ternarios son de considerable valor en
problemas de
separación y extracción con solventes y gracias a
ellos es posible deducir si la separación buscada puede
realizarse y en cuales condiciones de operación para
lograr resultados óptimos.

2. Objetivos

1. Estudiar las relaciones de solubilidad del sistema de tres
   componentes: Acetato de etilo- ácido acético-
   agua. Son tres las posibles categorías de sistemas de
   tres compuestos líquidos que presentan miscibilidad
   parcial: un par, dos pares o tres pares de líquidos
   parcialmente miscibles. Este caso será el de un par de
   líquidos parcialmente miscible.
2. Trazar el diagrama de equilibrio para el sistema estudiado.
   Se han propuestos diversos esquemas para representar
   bidimensionalmente los diagramas de equilibrio de los sistemas
   ternarios, aunque el mas utilizado y el que se utilizara en la
   practica es el método
   del triangulo equilátero.
3. Construir la curva de solubilidad (binodal) para una
   temperatura dada y determinar las líneas de reparto. En
   la practica se tendrá una mezcla de agua y acetato de
   etilo a las cuales se agregaron cantidades de ácido
   acético, la mezcla de una composición global que
   se encuentra dentro del área del domo dará dos
   capas liquidas de composiciones dadas por las líneas de
   unión apropiada por la composición de la mezcla.
   Esta curva se denomina binodal.

3. Materiales y
reactivos

4. Descripción del
equipo

Balanza analítica:
La balanza ha sido un instrumento utilizado tradicionalmente por
los cultivadores de la química a lo largo
del tiempo. Algunos
autores suelen considerar la obra de Antoine Lavoisier como el
punto de partida del empleo
sistemático de las balanzas en química, gracias al
uso del principio de conservación de la masa. En cualquier
caso, podemos afirmar que el establecimiento de las leyes
químicas cuantitativas a finales del siglo XVIII y
principios del
siglo XIX supuso un mayor protagonismo de la balanza dentro de la
química. El desarrollo de
los métodos
gravimétricos de análisis durante el siglo XIX obligó
a la búsqueda de balanzas más cómodas y
precisas para el trabajo
cotidiano de los químicos.

Esta tiene una precisión que supera a muchas
balanzas mecánicas y además permite el libre acceso
al platillo. Es necesario evitar las corrientes de aire para
poder apreciar
las pequeñas diferencias de masa, por ello una balanza
analítica consta siempre de un estuche agrupado con
puertas que permiten la remoción de objetos.

5. Cálculos previos

Preparación de soluciones de
10,20,30,40,50,60,70,80 y 90% de Acetato de Etilo,
C4H8O2, en Agua.

%v/ v = ,
despejando

Entonces, para obtener una solución de 10% de
C4H8O2 en H2O

1.0 ml
C4H8O2 en 90 ml de
H2O

para obtener una solución de 20% de
C4H8O2 en
H2O

2.0 ml
C4H8O2 en 80 ml de
H2O

y así sucesivamente

6. Datos
experimentales

Parte Experimental: "Determinación de la Curva de
Equibrio"

7. Resultados

Para la construcción de la Curva Binodal, los valores
fueron los siguientes:

Para el Acetato de Etilo:

Para el
Agua:

Para el Ácido Acético:

Para la Construcción de las Líneas de
Unión, los valores fueron
los siguientes:

8. Discusión de
resultados

Al analizar los resultados obtenidos, como se puede aprecia
en la gráfica del diagrama ternario, Agua- Acetato de
etilo- Ácido Acético, se deduce que es un sistema
de tres líquidos donde un par de ellos presentan
miscibilidad parcial, en nuestro caso este par es Agua- Acetato
de Etilo. La curva binodal mostrada en dicho diagrama indica que
toda composición que este contenida dentro de ella
dará una formación de dos capas saturadas, una
acuosa y otra orgánica, formando unas disoluciones
ternarias conjugadas.

Las líneas de unión inscritas dentro de la
curva binodal tienes pendientes distintas, no horizontales, tal
como se aprecia. Este comportamiento
era de esperarse debido al aumento de las solubilidades mutuas
del acetato de etilo y el agua en presencia del ácido
acético.

Las líneas de unión también reflejan
que el ácido acético presenta una mayor solubilidad
en el acetato de etilo que en el agua. Esto se explica por que el
acetato de etilo es un Ester, es decir, un derivado de ácidos
carboxílicos y siendo el ácido acético uno
de esos ácidos no es de extrañar dicho
comportamiento para un mismo grupo
funcional (Carbo-alcoxi).

La formación de las dos capas es producto de
que la experiencia realizada se mezclaron cantidades relativas de
los componentes que excedían la solubilidad mutua,
observándose una una laguna de miscibilidad entre el agua
y el acetato.

Se puede observar en la tabla de resultados que el volumen de
ácido acético fue aumentando, desde la muestra de 10%
hasta la disolución de 50%, cambiando después de
este punto debido a la presencia de disoluciones con mayor
contenido de acetato de etilo en la cual se necesita una menor
cantidad de ácido acético para eliminar la
turbidez.

Toda composición que este fuera de la curva binodal
dará una disolución homogénea de los tres
líquidos, la regla de las fases establece que para definir
el sistema en este caso serian necesarios dos grados de libertad,
y como la presión es constante y el diagrama es isotermo,
será necesario fijar la composición de dos
componentes y automáticamente la tercera
composición será conocida.

Si aplicamos la regla de las fases dentro de la curva
binodal, se obtiene que será necesario solo un grado de
libertad, esto es debido a que hay dos fases. Fijando la
composición de uno de los tres líquidos, quedara
definido el sistema, gracias a las líneas de
unión.

El punto máximo de la curva binodal, difiere del
punto de pliegue, lo cual se explica por la ley de distribución ya que la naturaleza de las
dos capas no permanece constante. E punto de pliegue representa
la cantidad de ácido acético en la que este se
distribuye de igual forma en la fase acuosa y la
orgánica.

9. Conclusiones

• El sistema de tres líquidos formado por acetato de
  etilo- agua- ácido acético, forma sistemas con un
  par de ellos parcialmente miscibles, en este caso en el aceto y
  el agua.
• La mezcla de los tres líquidos forman disoluciones
  ternarias conjugadas, es decir, dos capas saturadas, una acuosa
  y otra orgánica.
• El ácido acético es más soluble en
  acetato de etilo que en el agua, formando líneas de
  unión no horizontales y con pendientes distintas.
• Por encima del punto máximo de la curva binodal,
  será una solución homogénea de una fase
  liquida.
• Una mezcla por debajo y dentro de la curva forma dos fases
  liquidas insolubles saturadas de composiciones en
  equilibrio.
• Las líneas que unen las composiciones en equilibrio
  son las denominadas líneas de unión.
• Los grados de libertad necesarios dentro de la curva
  binodal es de uno, en cambio por
  encima de esta es de dos grados de libertad.

10. Recomendaciones

• Hay que ser muy cuidadoso al momento de utilizar el
  ácido acético, debido a que este es muy
  volátil, así que para la obtención de unos
  resultados óptimos es necesario que antes de verter la
  cantidad del ácido en la bureta para la
  valoración, la mezcla de acetato y de agua este lista
  para titularse.
• Seria favorable para aumentar nuestros conocimiento
  de los comportamientos de sistemas de tres líquidos con
  un par parcialmente miscibles, trabajar a diferentes
  temperaturas, y así observar la variación de la
  curva de solubilidad a una temperatura alta con respecto a una
  menor.
• Realizar experimentos
  con sistemas de tres líquidos con dos pares parcialmente
  solubles, dos líquidos parcialmente soluble y un
  sólido y tres pares parcialmente solubles.

11. Bibliografía

• CASTELLAN G.W. " Físico-química"
• DANIELS A. "Físico-química"
• GLASSTONE, S. "Elementos de
  físico-química"

12. Anexos

Calculos Tipicos
Calculo de los moles y masa de Ácido Acético:
ρCH3COOH= 1.050
gr/ ml
PMCH3COOH= 60 gr/ mol
Para 10% de C4H8O2 en
H2O y un volumen gastado de CH3COOH= 0.5
ml

mCH3COOH=

nCH3COOH=

Calculo de los moles y masa de Acetato de
Etilo:
ρC4H8O2=
0.901 gr/ ml
PMC4H8O2= 60 gr/ mol
Para 10% de C4H8O2 en
H2O y un volumen de
C4H8O2= 10 ml

m C4H8O2=

n C4H8O2=

Calculo de los moles y masa del
Agua:
ΡH2O=
1.00 gr/ ml
PMH2O= 18 gr/ mol
Para 10% de C4H8O2 en
H2O y un volumen de H2O= 90 ml

m H2O =

n H2O =

Cálculos de los porcentajes en peso de los
compuestos para la obtención de la curva de
solubilidad:

grT= grCH3COOH +
grC4H8O2 + grH2O = (0.525 + 9.01 + 90) gr =
99.535 gr

Calculo de las líneas de Unión:
Para la fase orgánica formada por acetato de etilo y
agua
Para la disolución:
nNaOH= [NaOH] * V
si VNaOH = 5.4 ml = 0.0054 L

nNaOH=

Para la fase acuosa formada por agua y acetato de
etilo:

nNaOH= [NaOH] * V

si VNaOH = 4.8 ml = 0.0048 L

nNaOH=

las fracciones molares serán:

Xfor=0.47059

Xfac=0.52941

Los porcentajes en peso serán:
Disolución # 1:

Autor:

Jenith Arion Vargas
Carlos Ali

Febrero de 2003