Pre informe No 7. Prctica opcional Temperatura de burbuja

Andrs Contreras HurtadoIvn Fisgativa Villarraga Santiago Martnez Torres

Objetivos Determinar la temperatura de burbuja de una mezcla binaria. Construir el diagrama experimental de composicin de una mezcla binaria.

Marco terico

Equilibrio lquido-vapor de mezclas:

En una mezcla de varios componentes, de dos fases en equilibrio, un componente en una fase est en equilibrio con el mismo componente en la otra fase. La relacin de equilibrio depende de la temperatura, la presin y la composicin de la mezcla. Cuando se fija la presin la temperatura para un sistema binario, se pueden graficar las dos variables restantes y obtener un diagrama T vs X o P vs X :

Imagen No 1. Grficos de concentracin para equilibrios lquido-vapor de mezclas binarias.

Para estimar las fracciones de un componente en ambas fases, se tienen ciertas formulaciones que relacionan la fraccin en fase lquida con la fase vapor.

Para una mezcla binaria, en equilibrio de fases, la fugacidad de un componente en una fase va a ser igual a la fugacidad del mismo componente en la otra fase:

Asumiendo la fase lquida como un lquido no del todo ideal, debido a las diferencias del tamao e interacciones entre molculas y la fase gaseosa como un gas ideal se tiene que las fugacidades de las fases son:

Aclarando adems que estas expresiones son vlidas si se trabaja a presiones no muy elevadas.En el equilibrio, al igualar estas dos fugacidades se llega la ley de Raoult modificada:

Y a su vez, la presin total del sistema para una mezcla binaria y de acuerdo con la anterior relacin:

En el sistema binario que vamos a trabajar (etanol/agua) se presenta un punto azeotrpico.El punto azeotrpico de una mezcla, es el punto (Temperatura, Presin) en la que la composicin del lquido es igual a la del vapor con el que est en equilibrio. En un diagrama Txy , este punto se visualiza como :

En el punto azeotrpico, utilizando la ley de Raoult se puede encontrar el valor del coeficiente de actividad:

Tericamente, la curva del punto de burbuja puede ser hallada utilizando esto coeficientes calculados en el azetropo y utilizando un modelo, por ejemplo el modelo de Van Laar. Garca presenta este modelo para un sistema binario como:

Donde A y B son constantes, las cuales en el caso de la mezcla trabajada, tienen los valores de 1 y 0,845, respectivamente.

Utilizando los valores de los coeficientes de actividad hallados, y utilizando la ecuacin (2) , con la ecuacin de Antoine para las presiones de saturacin se pueden hallar las temperaturas para cada composicin de la mezcla y hallar el diagrama terico.

Montaje experimental:

Experimentalmente, lo que se mide son temperaturas de burbujeo de mezclas de diferentes composiciones al igual que del condensado que se obtiene en el burbujeo de dichas mezclas de composicin conocida. Para ello , se utiliza el siguiente equipo :

En el cual, se utiliza un condensador de bolas 1 ; Mangueras de Agua (lquido refrigerante ) 2; Termocupla 3; Baln de destilacin de 3 cuellos 4 y la entrada de lquidos y extraccin de muestras 5.

Materiales (externos al montaje)

1 pipeteador. 2 pipetas aforadas de 5 ml. 1 Refractmetro. 1 Termmetro. 20 tubos de ensayo con tapa.

Reactivos

Etanol. Agua destilada.

Procedimiento ExperimentalObtencin de las muestras: Introducir en el montaje de destilacin 50 ml de etanol. Conectar sistema de refrigeracin y calefaccin. Mediante la termocupla, registrar la temperatura en el equilibrio dinmico. Apagar la plancha de calentamiento y en 2 tubos de ensayo tomar muestras, tanto del lquido destilado como del residual (tapar rpidamente las muestra para evitar que se escapen vapores, lo cual puede alterar la composicin de la muestra). Tirar el lquido sobrante en el colector (destilado). Repetir el procedimiento varias veces agregando nicamente 5 ml de agua destilada hasta que se tenga casi agua pura ( T de equilibrio de 100 C a 1 atm).

Medida de la concentracin del alcohol en las muestras:La concentracin se mide midiendo su ndice de refraccin con el refractmetro y haciendo uso de la curva ndice de refraccinconcentracin. Para construir la curva ndice de refraccinconcentracin, n= f(c2), se requiere medir el ndice de refraccin del agua pura n y reconstruir la tabla. a partir de la tabla y mediante interpolacin, se puede determinar la concentracin del alcohol.

Tabla ndice de refraccin n de las mezclas etanolagua en funcin de la concentracin c2 del alcohol (en % en masa).

Procedimiento: Abrir la unidad de los prismas y depositar un gota del lquido problema en el prisma base. prender el refractmetro. girar el brazo de la lmpara hasta 1 cm de la unidad de prismas. mirar por el visor mientras se gira el mando lateral hasta observar 2 zonas, una luminos encima y una oscura abajo. Localizar el mando cilndrico de aluminio situado 7 cm por debajo del visor. Mirar de nuevo por el visor y girando este mando se podr eliminar las bandas coloreadas que difractan los prismas. A continuacin desplazar el mando lateral derecho hasta situar la lnea divisoria clarooscuro sobre el aspa del objetivo. Apretar el botn READ. En pantalla aparecer el ndice de refraccin del lquido problema. Apretar el botn TEMP y en pantalla se podr leer la temperatura de la muestra.Para secar las muestras depositadas en el prisma se utiliza primero un poco de papel secante pero sin restregarlo sobre el vidrio para no rayarlo y, a continuacin, el secador de aire a temperatura ambiente.

Bibliografa

Garca,I.(1995) Introduccin al equilibrio termodinmico y de fases, Bogot: Publicaciones Facultad de Ingeniera,U.N, .

Prctica 15. Equilibrios lquido-vapor en mezclas binarias, disponible en: http://www.uv.es/~labtermo/guiones/termodinamica/cas/15-10.pdf . Consultado 1 de Abril de 2015

Daniels, F. et al. (1956). Experimental Physical chemistry. Quinta Edicin. New York. Mc Graw Hill book company.