Preinforme Punto de Burbuja 1

  • Published on
    31-Jan-2016

  • View
    3

  • Download
    1

DESCRIPTION

Preinforme para practica punto de burbuja

Transcript

  • PREINFORME: PUNTO DE BURBUJA

    Grupo 3

    Irene Andrea Acua 245620

    Adriana Martnez 245505

    Leidy Magaly Pinzn Monroy 245479

    1. OBJETIVO

    Realizar un grfico T-x-y para la mezcla propanol-agua, con el fin de realizar una estimacin del punto de

    burbuja de la mezcla a diferentes composiciones de lquido (mezcla de agua-propanol)

    2. MARCO TERICO:

    a. Punto de burbuja

    El punto de burbuja se entiende como las condiciones en las cuales en un lquido se forma la primera

    burbuja de vapor, un pequeo cambio ms en la temperatura desencadenara que el lquido se siga

    evaporando al estar en el estado de saturacin (esto implica un estado de equilibrio).

    Cuando se trata de mezclas binarias esta burbuja, fase vapor, tendr la composicin ms alta posible en

    cuanto al componente ms voltil. A partir de all si se continua el calentamiento la fase de vapor se har

    ms grande pero con una menor composicin del componente ms voltil

    b. Equilibrio Lquido- Vapor

    Como se explic anteriormente el punto de burbuja tiene como caracterstica que se encuentra

    dentro del equilibrio liquido-vapor. El que un sistema se encuentre en estado de equilibrio implica

    que la composicin total de cada una de las fases no cambia con el tiempo. Se dice que se trata de

    composicin total porque un estado de equilibrio no implica que no haya transferencia entre fases.

    Esto quiere decir que habr componente voltil que se transfiere de la fase lquido al vapor y

    viceversa, pero en el estado de equilibrio las velocidades de ambos fenmenos sern iguales. Se

    cuenta con tres criterios que garantizaran el equilibrio de fases:

    Equilibrio trmico: la temperatura en ambas fases es igual

    Equilibrio mecnico: la presin en ambas fases es igual

    Igualdad de potencial qumico para un componente en ambas fase

  • Esquema 1: Representacin esquemtica del equilibrio lquido-vapor

    c. Regla de las fases de Gibbs

    La regla de las fases es uno de los clculos ms destacables de la termodinmica qumica, esta

    relacin fue deducida por J.W. Gibbs

    = + 2 (1)

    Dnde:

    F, fases presentes

    C, nmero de componentes

    P, numero de fases en equilibrio

    El nmero 2 en la ecuacin hace referencia a dos propiedades cualquiera de un sistema que por lo

    general son la temperatura y la presin.

    Deduccin:

    Si se considera el caso especial de un sistema de un solo componente. Para dos fases en equilibrio,

    se puede 1() = 1(). Cada potencial es funcin de la presin y la temperatura.

    1(; , ) = 1(; , ) (2)

    En esta ecuacin expresa la relacin entra las variables P y T, de modo que solo una de ellas puede

    ser independiente. Esta conclusin coincide con F=1. Para tres fases en equilibrio mutuo.

    1(; , ) = 1(; , ) = 1(; , ) (3)

    Esta relacin en realidad son dos ecuaciones con dos incgnitas 1(; , ) = 1(; , ) y

    1(; , ) = 1(; , ) y por lo tanto su solucin en un nico par de valores de P y T. Esta

    conclusin coincide con F=0. Cuatro fases no pueden estar en equilibrio mutuo en un sistema de un

    componente pues las tres igualdades.

    1(; , ) = 1(; , ) 1(; , ) = 1(; , ) 1(; , ) = 1(; , ) (3)

  • Son tres ecuaciones con dos incgnitas P y T y el sistema es por tanto incompatible. Considerando

    ahora el caso general. En primer lugar se cuenta con un nmero de total de variables intensivas. La

    presin, P, y la temperatura, T. Se puede especificar la composicin de una de las fases dando las

    fracciones molares de C-1 componentes. Dado que existen P fases, el nmero total de variables de

    composicin es P(C-1). As el nmero total de variables intensivas es P(C-1) +2.

    Eb equilibrio el potencia qumico de un componente J debe ser igual en todas las fases:

    1() = 1()

    Es decir, cada componente J debe satisfacer P-1 ecuaciones de este tipo. Dado que hay C

    componentes, el nmero total de ecuaciones es C(P-1). Cada ecuacin

    Reduce la libertad de variar una de las P(C-1) +2 variables intensivas. De ah se deduce que el

    nmero total de grados de libertad es

    = ( 1) + 2 ( 1) = + 2

    Esta ltima ecuacin es la de la regla de las fases de Gibbs, presentada anteriormente.

    d. Soluciones ideales y reales

    Para la formacin del equilibrio liquido-vapor se partir de una disolucin de los dos componentes.

    Se entiende por disolucin a una mezcla homognea. Y segn las caractersticas de la disolucin el

    equilibrio tendr determinado comportamiento, que ser comparado con un comportamiento ideal.

    En una disolucin ideal, las molculas de ambas especies presentes son muy semejantes esto quiere

    decir que la interaccin entre ellas ser equivalente a una solucin lquida de un solo componente

    puro. Existen cuatro caractersticas clave que identifican una solucin ideal.

    Las fuerzas intermoleculares promedio de atraccin y repulsin en la solucin no cambian al

    mezclar los componentes.

    El volumen de la solucin vara linealmente con la composicin.

    No hay absorcin ni desprendimiento de calor al realizar el mezclado.

    La presin total de la disolucin varia linealmente con la composicin en fraccin mol

    Una disolucin ideal sigue la ley de Raoult.

    = 0

    (4)

    Lo que quiere decir que la presin parcial de un componente () vara linealmente con la

    composicin en el lquido (), y adems que la pendiente de esta variacin lineal es la presin de

    vapor del componente puro (0). Es por ello que las soluciones ideales son tan importantes. Porque

    simplifican en gran parte el equilibrio liquido-vapor. Por otra parte la ley de Dalton para mezclas de

    gases ideales proporciona la presin parcial para el gas en funcin de la fraccin del componente en

    la mezcla gaseosa y la presin total de los gases.

    = (5)

  • A partir de las ecuaciones 4 y 5 es posible conocer la relacin entre las composiciones del lquido y el

    vapor.

    0

    = (6)

    En las disoluciones reales por otro lado, hay una interaccin entre los componentes debido a sus

    diferencias. Se presentaran desviaciones de la ley de Raoult ya sean positivas o negativas. En esos

    casos se introduce un coeficiente de actividad () que tenga en cuenta dichas interacciones.

    = (7)

    e. Modelos termodinmicos

    Un modelo termodinmico es un conjunto de ecuaciones que permiten estimar las propiedades

    tanto de sustancias puras, como de mezclas de ellas. Existen variados mtodos aplicables a

    mezclas binarias: Wilson, Margulles, Van Laar, NRTL, entre otros. El modelo empleado en esta

    prctica es el modelo de Wilson, el cual es ampliamente utilizado para representar una gran

    variedad de mezclas, especialmente para soluciones de compuestos polares (como el propanol y

    el agua empleadas en la prctica) o con tendencia a asociacin en solventes no polares, adems

    de sustancias orgnicas.

    3. MATERIALES:

    Baln de tres bocas

    Plancha calefactora

    Termopar

    Condensador curvo

    Refractmetro

    Agua destilada

    Propanol

    Pipeta aforada

    Beaker

  • 4. PROCEDIMIENTO:

    condensado de

    Calibracin Determinacin punto de

    burbuja con la mezcla

    Se adicionan 50 mL de propanol al

    baln y se inicia calentamiento

    Se recolecta una muestra de

    condensado (10ml).

    Se toma muestra de 10 mL del

    remanente en el baln.

    Analizar las muestras en el

    refractmetro.

    Punto de burbuja

    Repetir 15

    veces.

    Se preparan muestras de

    diferente concentracin de la

    mezcla propanol- agua.

    Medir el ndice de refraccin de

    cada mezcla y graficar el ndice

    de refraccin vs la fraccin

    molar de propanol.

    Consignar la temperatura de

    ebullicin cuando esta se estabilice

    Se agregan 3mL de agua al baln

    Esperar a que la temperatura se

    estabilice de nuevo

  • 5. ESQUEMA DEL EQUIPO:

    Fig. 2: Montaje del equipo para el clculo del punto de burbuja.

    Las partes del equipo mostrado en el esquema 2 son:

    Baln de tres bocas

    Plancha calefactora

    Termopar (para determinacin de temperatura)

    Refrigerante curvo

    6. CLCULOS DEL VOLUMEN DEL PROPANOL PARA DIFERENTES CONCENTRACIONES DE PROPANOL

    PARA CONSTRUIR LA CURVA DE CALIBRACIN.

    =

    + (8)

    = %

    (9)

    As:

    =1,8 0,995 803,40/

    60,09502/= 23,94

  • =0,2 1 0,999/

    18/= 2,66

    =0,0268

    0,0268 + 2,66 2= 0,9

    Muestra Volumen C3H8O (mL) Volumen H2O (mL) X

    C3H8O X

    H2O Moles C3H8O

    Moles H2O

    1 2,00 0,00 1 0 26,60 0,00

    2 1,80 0,20 0,9 0,1 23,94 2,66

    3 1,60 0,40 0,8 0,2 21,28 5,32

    4 1,40 0,60 0,7 0,3 18,62 7,98

    5 1,20 0,80 0,6 0,4 15,96 10,64

    6 1,00 1,00 0,5 0,5 13,30 13,30

    7 0,80 1,19 0,4 0,6 10,64 15,96

    8 0,60 1,39 0,3 0,7 7,98 18,62

    9 0,40 1,59 0,2 0,8 5,32 21,28

    10 0,20 1,79 0,1 0,9 2,66 23,94

    11 0,00 179,82 0,001 0,999 0,00 2403,98

    Tabla 1. Volmenes de la mezcla liquida para realizar la calibracin del refractmetro.

    7. BIBLIOGRAFA

    [1] I. Garca Quiroga, Introduccin al equilibrio termodinmico y de fases, Bogot: Universidad Nacional

    de Colombia, 1995.

    [2] R. E. Treybal, Operaciones de transferencia de masa, Mxico: McGraw Hill, 1997.

    [3] Annimo, Laboratorio de Qumica Fsica, Universidad de Valencia, 2013. [En lnea]. Available:

    http://www.uv.es/qflab/2013_14/descargas/cuadernillos/qf1/castellano/PG_G_diagramasFases.pdf.

    [ltimo acceso: 3 05 14].

    [4] Annimo, Anlisis y simulacin de procesos en estado estable y dinmico, 2010.

    [5] R. Gamero, Termodinmica avanzada, Septiembre 2010. [En lnea]. Available: http://www.sarec-

    fiq.edu.ni/pmciq/che570/pdf/3g.pdf. [ltimo acceso: 01 05 2014].