imforme de 2do laboratorio de fisicoquimica:"equilibrio heterogeneo"
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO Y PETROQUIMICA
IMFORME DE LABORATORIO
EQUILIBRIO HETEROGENEO
Distribución de un soluto entre dos solventes inmiscibles
CURSO: FISICOQUIMICA 1
ALUMNOS:
MARTEL VASQUEZ SANDRO EMILIO PINTO HERRERA PIERO FRANCISCO RAMOZ BORJAS RAFAEL ALEXANDER
2011
INTRODUCCIÓN:
Distribución de un solvente entre dos solventes inmiscibles FISICOQUIMICA 1
La distribución de un soluto entre fases es un fenómeno de gran
importancia en
muchas áreas de la química de la biología. Tiene además numerosas
aplicaciones
prácticas tanto en la industria como en el laboratorio, una de estas
aplicaciones se da cuando se realiza la síntesis de un compuesto, donde
generalmente se lo obtiene acompañado de impurezas y/o compuestos
secundarios no deseados. Si existiera por ejemplo, un solvente orgánico en
el cual la solubilidad de estos compuestos secundarios fuera marcadamente
inferior a la del compuesto de interés, y a su vez inmiscible con el solvente
en el que se encuentran, es posible mediante sucesivas extracciones con
este solvente orgánico, aislar el compuesto deseado. Conociendo la
constante de reparto del compuesto entre ambos solventes, se calcula el
mínimo número de extracciones necesarias para remover el compuesto
sintetizado en la proporción deseada.
OBJETIVOS:
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Nuestro principal objetivo en este laboratorio será calcular el
coeficiente de distribución del acido acético en dos solventes líquidos
inmiscibles, para distintas concentraciones del soluto.
Como objetivo secundario se tiene que realizar una titulación correcta
de las fases, orgánica y acuosa, con NaOH.
FUNDAMENTO TEORICO:
Los métodos de separación toman en consideración la distribución de los
componentes en una mezcla de dos fases que luego se separan
mecánicamente. Si la cantidad de un componente específico en una fase es
bien diferente a la cantidad de otro componente en esa fase, la separación
de los componentes es posible. La razón de la cantidad del componente en
una fase y la otra se conoce como el coeficiente de distribución. Para
aquellas situaciones donde el coeficiente de distribución de los
componentes que se quieren separar, es bien parecido, se necesitan
técnicas de fraccionamiento múltiple para lograr la separación. En este caso
el número de veces que ocurre la partición aumenta y la distribución ocurre
en porciones renovadas de las distintas fases.
La distribución de un soluto entre dos fases inmiscibles es un proceso de
equilibrio que sigue la ley de acción de masa. Las constantes de equilibrio
para estos procesos varían enormemente para diferentes solutos haciendo
útiles los métodos de extracción como métodos de separación.
La técnica de extracción se utiliza para sistemas orgánicos. La partición
de un soluto entre dos disolventes inmiscibles está gobernada por
la ley de distribución. Para un soluto A que se distribuye entre una
fase acuosa y una fase orgánica de acuerdo al equilibrio.
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(1)
A una temperatura dada la constante de equilibrio K dada por:
(2)
Se le conoce como el coeficiente de partición o distribución. Los términos en
corchetes representan la actividad de las especies en la fase orgánica y en
la fase acuosa, pero en ocasiones se utiliza la concentración molar sin
cometer mucho error. En otras ocasiones la cantidad en corchetes se
relaciona a la solubilidad del soluto en cada disolvente.
El soluto puede existir en varios estados de agregación en cada disolvente y
el equilibrio en (1) se puede escribir
(3)
y la expresión del coeficiente de partición será
(4)
Los coeficientes de partición ayudan a establecer las condiciones
experimentales que se necesitan para transferir un soluto de un disolvente
a otro. Para el sistema sencillo descrito en la relación (1), si tenemos Vac ml
de una solución acuosa que tiene ao moles iniciales de A y que pretendemos
extraer con Vorg ml de un disolvente orgánico inmiscible. En equilibrio, a1
moles de A permanecerán en la fase acuosa y éstos se representan por
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(5)
Lo que se distribuyó a la fase orgánica entonces será
(6)
Al sustituir la relación (6) y (5) en la (2) y re-arreglando se obtiene
(7)
El número de milimoles, a2, que quedan después de una segunda extracción
del agua con cantidad idéntica de disolvente por el mismo razonamiento
anterior será
(8)
Al sustituir la relación (8) en la (7) se obtiene
(9)
Después de n extracciones los mili moles que quedan son
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(10)
La ecuación (10) se puede re-escribir en términos de la concentración final e
inicial en la fase acuosa si sustituimos las relaciones:
(11)
Entonces,
(12)
La eficiencia de la extracción múltiple aumenta cuando pequeñas porciones
de volumen de disolvente se usan en vez de una sola porción de una
cantidad grande de volumen. La ecuación 12 es de naturaleza exponencial y
muestra un comportamiento exponencial, figura 1.
La eficiencia de las extracciones múltiples disminuye rápidamente a medida
que aumenta el número de extracciones consecutivas y por esto más de
cinco o seis extracciones no aumentan la eficiencia de separación.
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Figura 1: Gráfica correspondiente a la ecuación 12 asumiendo volúmenes iguales
ambos disolventes.
PARTE EXPERIMENTAL
MATERIALES Y REACTIVOS:
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Pipeta Embudo de separación
Matraz Bureta
ACIDO ACETICO
FENOLTALEINA
HIDROXIDO DE SODIO
PROCEDIMIENTO:
Comenzaremos preparando soluciones 0.5N, 1.0 N, 2.0N de acido
acético en agua, una vez tengamos esto separaremos 25 ml de cada
una de las muestras y serán colocadas en 3 embudos de decantación.
En cada embudo se añadirá 15 ml de gasolina, para luego ser
agitado.
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Dejaremos que la mezcla repose hasta aparezcan dos fases, una
orgánica y otra acuosa.
Fase orgánica y Fase acuosa
Separaremos la fase orgánica de la acuosa sin dejar que una se pase
a la otra.
Sacaremos 10ml de cada una de las fases para proceder a titularlas
con NaOH 0.5N Y apuntaremos la cantidad utilizada.
CÁLCULOS Y RESULTADOS:
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Fase acuosa después de ser titulada
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Fig.1 Tabla de datos experimentales
Fig2.Tabla de datos con volúmenes promediados
Para poder hallar la constante de reparto, es necesario calcular que
concentración de acido acético que hay en cada fase y esto lo haremos
aplicando conocimientos de titulación, diremos que el numero de
equivalentes del acido y la base deben ser iguales.
Para C H 3COOH0.5 N:
-En fase acuosa
[C1 ]C H 3COOH×10ml=0.5×9.75ml
[C1 ]C H 3COOH=0.4875M
-En fase orgánica
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[C2 ]C H 3COOH×10ml=0.5×2.5ml
[C2 ]C H 3COOH=0.125M
Por lo tanto K seria:
K1=C1C2
=[C1 ]C H 3COOH
[C2 ]C H 3COOH
=0.4875M0.125M
=3.9
K1=3.9
Para C H 3COOH 1.0 N:
-En fase acuosa
[C1 ]C H 3COOH×10ml=1.0×19.5ml
[C1 ]C H 3COOH=1.95M
-En fase orgánica
[C2 ]C H 3COOH×10ml=1.0×4.0ml
[C2 ]C H 3COOH=0.4M
Por lo tanto K seria:
K2=C1C2
=[C1 ]C H 3COOH
[C2 ]C H 3COOH
=1.95M0.4M
=4.875
K2=4.875
Para C H 3COOH 2.0 N:
-En fase acuosa
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[C1 ]C H 3COOH×10ml=2×34.5ml
[C1 ]C H 3COOH=6.9M
-En fase orgánica
[C2 ]C H 3COOH×10ml=2×7.0ml
[C2 ]C H 3COOH=1.4M
Por lo tanto K seria:
K3=C1C2
=[C1 ]C H 3COOH
[C2 ]C H 3COOH
=6.9M1.4M
=4.92
K3=4.92
De K1,K2, K3 obtenemos un valor promedio que seria:
K promedio=4.565
RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES
Para poder realizar el laboratorio adecuadamente tenemos que seguir
algunos consejos, tales como:
El reparto se debe efectuar a temperatura constante durante todo el
proceso, puesto que la temperatura influye sobre la cantidad de
soluto disuelta en cada líquido, de forma que para cada temperatura
de trabajo el equilibrio de distribución del soluto en los distintos
disolventes será distinto.
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No debe producirse ninguna reacción química entre ninguno de los
componentes del sistema, ya que si se forma un nuevo producto, esto
falsearía los datos referidos a las concentraciones del soluto inicial.
Las disoluciones deben ser diluidas ya que a altas concentraciones
aparecen interacciones entre soluto y disolventes que interfieren en
la proporción en la que el soluto se distribuye en las distintas fases.
CONCLUSIONES:
Notamos que los valores obtenidos para las distintas
concentraciones se acercan, siendo la fase orgánica en la que más
notoria se hace.
Además después de realizar este laboratorio nos dimos cuenta que la
cantidad disuelta de ácido acético en el medio acuoso fue mayor que
la disuelta en el medio orgánico, esto se debe a que en el medio
acuoso se formaron enlaces puente de hidrogeno, lo que permitió una
mayor atracción entre estos 2.
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BIBLIOGRAFIA:
Guía de laboratorio, Fisicoquímica 1, “Equilibrio heterogéneo-
distribución de un soluto entre dos solventes inmiscibles”,
Universidad Nacional de Ingeniería
Guía de laboratorio, Química-Física, Distribución de Equilibrio,
Universidad Ricardo Palma
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