DIFUSION MOLECULARI. Objetivos

Determinar el valor de la difusividad en aire a temperatura constante Comparar el valor reportado en la literatura con los diferentes mtodos

II. Fundamento terico

Los fenmenos de transporte tienen lugar en los procesos, conocidos como de transferencia, en los cuales se establece el movimiento de una propiedad (masa, momento o energa) en una o varias direcciones bajo la accin de una fuerza impulsora. Al movimiento de una propiedad se le llama flujoLa transferencia de masa por difusin molecular es el trnsito de la misma como resultado de una diferencia de concentracin en una mezcla.Luego de aclaradas muchas dudas se puede proseguir con los numerosos ejemplos cotidianos de transporte de materia, como: la difusin de humo y otros contaminantes en la atmsfera; la transferencia de soluto entre las fases de un absorbedor de gas, un extractor o en una torre de enfriamiento; la mezcla del azcar en un pocillo de tinto; el secado de la ropa (difusin del vapor de agua en el aire); el intercambio de oxgeno-gas carbnico en los pulmones.

La difusin molecular es el movimiento de las molculas de los componentes de una mezcla producida por la diferencia de concentracin existente en el sistema. La difusin de las molculas se produce en la direccin necesaria para eliminar el gradiente de concentracin. Si se mantiene el gradiente aadiendo continuamente material nuevo a la regin de la alta concentracin y eliminndolo de la regin de baja concentracin, la difusin ser continua. Ello se presenta a menudo en las operaciones de transferencia de materia y en sistemas de reaccin.

Por ejemplo un cristal de permanganato de potasio en un vaso con agua. Las molculas disueltas del cristal difunden lentamente desde la regin de alta concentracin en el fondo, tendiendo a convertir uniformemente la concentracin (Proporcional a la intensidad del color) con el tiempo. Este tipo de difusin se debe al movimiento errtico de las molculas y se la denomina difusin molecular.

El transporte molecular resulta de la transferencia de molculas individuales a travs de un fluido por medio de los movimientos desordenados de las molculas debido a su energa interna. Podemos imaginar a las molculas desplazndose en lneas rectas con una velocidad uniforme y cambiando su direccin al rebotar con otras molculas despus de chocar. Entonces su velocidad cambia tanto en magnitud como en direccin.

Diagrama esquemtico del proceso de difusin molecular

El mecanismo real del transporte difiere en gran medida entre gases, lquidos y slidos, debido a las diferencias sustanciales que hay en la estructura molecular de estos 3 estados fsicos.

Gases:los gases contienen relativamente pocas molculas por unidad de volumen. Cada molcula tiene pocas vecinas o cercanas con las cuales pueda interactuar y las fuerzas moleculares son relativamente dbiles; las molculas de un gas tienen la libertad de moverse a distancias considerables antes de tener colisiones con otras molculas. El comportamiento ideal de los gases es explicado por la teora cintica de los gases Lquidos: los lquidos contienen una concentracin de molculas mayor por unidad de volumen, de manera que cada molcula tiene varias vecinas con las cuales puede interactuar y las fuerzas intermoleculares son mayores. Como resultado, el movimiento molecular se restringe ms en un lquido. La migracin de molculas desde una regin hacia otra ocurre pero a una velocidad menor que en el caso de los gases. Las molculas de un lquido vibran de un lado a otro, sufriendo con frecuencia colisiones con las molculas vecinas. Slidos:En los slidos, las molculas se encuentran ms unidas que en los lquidos; el movimiento molecular tiene mayores restricciones. En muchos slidos, las fuerzas intermoleculares son suficientemente grandes para mantener a las molculas en una distribucin fija que se conoce como red cristalina

Transporte molecularEl transporte molecular es comnmente estudiado a travs del concepto de densidad de flujo (flux). La densidad de flujo,, es la cantidad de lapropiedad extensiva,, que se mueve a travs de una unidad de rea por unidad de tiempo:

Donde: es una constante de proporcionalidad que recibe el nombre genrico dedifusividad. es la direccin de transporte. se le conoce genricamente comofuerza impulsora.Se pueden observar tres casos especiales de transporte molecular correspondientes al transporte de momento, energa y materia.

Ley de Newton de la viscosidad

Ley de FourierLa rapidez del flujo de calor por unidad de rea es directamente proporcional al gradiente negativo de la temperatura:

Esta ecuacin es la forma unidimensional de la "Ley de la Conduccin de Calor"Sin embargo si se utiliza la cantidad conocida como ladifusividad trmicaentonces el trminoes despejado de la siguiente relacin:

Por lo que al sustituir en la ecuacin de Fourier obtenemos:

Donde: es la Difusividad Trmica es la Densidad es la Capacidad Calorfica a presin constante

Primera ley de FickLa rapidez del flujo de la especie A por unidad de rea es directamente proporcional al gradiente negativo de la concentracin de A:

Comparacin de los fenmenos de difusinHay notables similitudes en la ecuacin de momento, energa y transferencia de masa.1los cuales pueden ser transportados por difusin, como se ejemplifica a continuacin: Masa: disipacin de olores en el aire es un ejemplo de difusin de masa. Energa: conduccin de calor en un material slido, es un ejemplo de difusin de calor Momento: la experiencia de la lluvia, cuando cae en la atmsfera, es un ejemplo de difusin (la gota de lluvia pierde "momento" al estar rodeada de aire y caer, por lo que se desacelera).Las ecuaciones de transferencia o transporte neto de cantidad de movimiento (Leyes de Newton), transferencia de calor (Leyes de Fourier) y transferencia de masa (Leyes de Fick), son muy similares. Es posible convertir desde un coeficiente de transferencia a otro y comparar los distintos fenmenos de transporte.

TRANSPORTEFENMENO FSICOECUACINFRMULA

MomentoViscosidadLeyes de Newton

EnergaCalorLeyes de Fourier

MasaDifusinLeyes de Fick

III. EQUIPO Y MATERIALES:

MATERIAL DE ESTUDIO: ETANOL

Elcompuesto qumicoetanol, conocido comoalcohol etlico, es unalcoholque se presenta en condiciones normales depresinytemperaturacomo un lquido incoloro e inflamable con un punto de ebullicin de 78,4C.Mezclable conaguaen cualquier proporcin; a la concentracin de 95% en peso se forma unamezcla azeotrpica. Su frmula qumica esCH3-CH2-OH(C2H6O), principal producto de lasbebidas alcohlicascomo elvino(alrededor de un 13%), lacerveza(5%), loslicores(hasta un 50%) o losaguardientes(hasta un 70%).

DESCRIPCION DEL MDULO:

Z= z2-z1ETANOLAIRE

Utilizaremos un tubo de ensayo el cual llenamos con un lquido voltil (ETANOL), mediremos las alturas, cada determinado tiempo, hasta cuando ya no se produzca ningn cambio en la altura del lquido.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

V. RESULTADOS:Utilizando SLATTERY BIRD

Tenemos:a= 2.74x10^-4TcA=241C = 514 KMA= 46.0 g/ molb= 1.823TCB= 132.4 KMB= 29 g/molPCA= 63 atm = 47880 mmHgPCB= 37.2 atm = 28272 mmHg