practica 3 termo esiqie
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ley de raoultTRANSCRIPT
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INSTITUTO POLITECNIC NACIONALEscuela Superior de Ingeniería Química e
Industrias Extractivas
Departamento de Ingeniería Química Industrial
Termodinámica de equilibrio entre fases
Practica No. 3 “EQUILIBRIO IDEAL. LEY DE RAOULT”
Profesora: Silvia A. González Villagómez
Grupo: 2IV36Turno: VespertinoCiclo escolar: 2015-2
Integrantes:
• Alcalá Villafuerte René• Becerra Herrera Alberto• Contreras Avalos Ricardo• Domínguez Meza Andrea
• Flores Negrete Cristian• Isaías Larios Jessica
• Mendoza Hernández Eduardo• Molina Reyes Jesús• Rojas Suastes Ana• Tinoco Escalona Brenda
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François Marie Raoult (Fournès, 10 de mayo de 1830 - Grenoble, 1 de abril de1901)
Se graduó en 1853. Nueve años después es desplazado al Lyceo de Sens, donde investigará sobre la fuerza electromotriz en células voltaicas. Esta investigación leída en 1863, le supondrá el título de doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de París.
Las investigaciones importantes comienzan en 1878, cuando estudia el descenso del punto de congelación y de la presión de vapor del agua, producida al disolver 18 sales diferentes.
Raoult, recopila todas sus observaciones experimentales y en 1882, publica en Comptes rendus, su famosa ley que llevó por título:”Loi de congélation des solutions aqueuses des matières organiques”.
En 1890 publica un trabajo en el que señala que “las sales neutras se comportan como si los radicales positivos y negativos, al disolverse en el agua, no se combinaran, comportándose como mezclas”.
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INTRODUCCION TEORICA
Una disolución es una mezcla homogénea, o sea unsistema constituido por una sola fase que contiene
más de un componente. La fase puede ser: sólida (aleaciones, ..) líquida (agua de mar, disoluciones en el laboratorio, …) gaseosa (aire).
Constituyentes: Disolvente. Medio dispersante. Soluto. Sustancia dispersa. Sistema binario. Disoluciones de dos componentes.
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Ley de Raoult
“La presión del vapor de un solvente en presencia de un soluto es proporcional a la fracción molar del solvente.”
Una solución que cumple esta ley a cualquier concentración es una solución ideal.
x1 + x2 = 1p1 =x1p0
1 y p2 = x2p02 = (1-
x1)p02
p = p1 + p2 = x1p01 + (1-x1)p0
2 p = p0
2 + (p01 - p0
2)x1
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La adición de un soluto puede aumentar o disminuir la presión de vapor de la solución respecto de la del disolvente dependiendo de cual es el más volátil.
Fracción molar de A, xA
Vapor
Líquido
Pre
sión
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•xb + xmb = 1
•pmb = xmbp0mb
• pb = xbp0b = (1-xmb)p0
b
•p = pmb + pb = xmbp0mb +
(1-xmb)p0b
•p = p0b + (p0
mb - p0b)xmb
Fracción molar de A, XA
Pre
sión
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PODEMOS EXPRESAR LA PRESIÓN TOTAL EN FUNCIÓN DE Y 1 , LA FRACCIÓN MOLAR DE 1
EN EL VAPOR:Y 1 = P 1 /P
p = p02 + (p0
1 - p02)x1
202
101
110
20
10
20
10
110
20
10
20
11
120
10
20
10
11
1
)(
)(
)(
py
py
p
yppppp
p
yppppy
x
xppppx
y
T01
T02
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Los estados completamente
líquidos son aquellos estables a
altas presiones.
Los completamente gaseosos estables a bajas presiones.
Como x es una fracción molar en el líquido, no puede describir estados en el sistema que sean completamente gaseosos
T = cte.
T = cte.
Vapor
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110
20
20
20
10
)( yppp
ppp
p = p02 + (p0
1 - p02)x1
Los puntos entre las curvas representan estados del sistema en los que líquido y vapor coexisten en equilibrio.
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Desviaciones positivas
Desviaciones negativas
ideali iP P
Desviaciones de la ley de Raoult
1i ideali iP P 1i
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Destilación simple
Aplicación
Como el vapor es más rico en el componente más volátil que el líquido original es posible separar los 2 componentes de una disolución ideal por destilaciones sucesivas.
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Se construye una columna de destilación donde se producen un grannúmero de condensaciones y re evaporizaciones sucesivas.
Destilado(vapor condensado,rico en componente
más volátil)
Residuo(líquido residual,
rico en componentemenos volátil)
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OBJETIVOS
Observar e l compor tamien to de dos s i s temas b inar i os .
Comparar con l o s da tos de t empera tura y compos i c i ón ob ten idas con La l ey de R aou l t .
De te rminac i ón exper imenta l de l o s coe f i c i en tes de ac t i v i dad de l o s componen tes de una mezc l a b inar i a
De te rminar l a s curvas de equ i l i b r i o l í qu ido - vapor para mezc l as b inar i as de l í qu idos t o ta lmente mi sc ib l e s .
De te rminar s i l a s mezc l as obedecen a l a l e y de raou l t o p resen tan desv i ac i ón pos i t i va o nega t i va .
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En las disoluciones que se encuentran a una temperatura dada, cada componente de la disolución ejerce una presión de vapor que es proporcional a su fracción molar en la fase l iquida (Xi) y a la presión de vapor del componente puro a esa temperatura (Pi) .
HIPOTESIS
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MATERIAL Y EQUIPO
•Refr igerante
•Termómetro
•Soporte un iversa l
•Pinzas de t res dedos
Reóstato
Refractómetro
Pinzas de nuez
Pipeta muestreadora
Tubos de ensaye
Hervidor
Parrilla de calentamiento con agitación magnética
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Toxicidad de las sustancias
METANOL
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ISOPROPANOL
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DESARROLLO EXPERIMENTAL
1.-Preparar mezclas binarias que contengan 10, 20, 30,
40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100% de uno de Metanol.
2.-Los volúmenes de casa solución pueden calcularse con la ayuda de fórmulas, tomando en cuenta que los
subíndices 1 son relacionados al metanol y el
2 al isopropanol.
3.-Medir los índices de refracción de cada mezcla a
una temperatura determinada (15 a 20°C),
empleando un refractómetro Abbe, así como los índices
de refracción de los componentes puros.
4.-Graficar la relación entre composición (x) y el índice de refracción (y). (El índice
de refracción permite conocer la composición del
líquido y el vapor en equilibrio de manera
indirecta.
5.-Poner la solución en el hervidor, suministrar calor
con agitación hasta ebullición, cuando la
temperatura sea constante y haya condensado en el
depósito, tomar el dato de temperatura (temperatura
de burbuja).
6.-Determinar los puntos de ebullición de cada una de las
mezclase en equilibrio de vapor y del líquido. Lo
anterior se debe realizar por medio de destilación simple midiendo 2 ml de mezcla.
7.-Tomar una muestra del condensado y del destilado y
depositar cada una en un tubo de ensayo previamente
etiquetado, taparlas y enfriarlas a temperatura
ambiente.
8.-Determinar los índices de refracción del destilado
(vapor) y del residuo que quedó en el matraz de
destilación (líquido) con el refractómetro de Abbe.
9.-Repetir los pasos del 5 al 8 para cada una de las
mezclas.
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X1 X2 V1 L V2 L ηliq. T (K) ηvap. Y
0 1 0 0.05 .3732 348.15
1.3693 0.1723
0.1 0.9 0.0027 0.0472 1.37016
347.15
1.3672 0.2395
0.2 0.8 0.0058 0.0441 1.3674
344.15
1.3608 0.4266
0.3 0.7 0.0092 0.0407 1.3690
341.15
1.3576 0.5100
0.4 0.6 0.0130 0.0369 1.3620
340.15
1.3508 0.6648
0.5 0.5 0.0173 0.0326 1.3580
338.15
1.3446 0.7792
0.6 0.4 0.0221 0.0278 1.3546
337.15
1.3432 0.8015
0.7 0.3 0.0276 0.0223 1.3496
335.15
1.3394 0.8556
0.8 0.2 0.0339 0.0160 1.3416
333.15
1.3322 0.9319
0.9 0.1 0.0413 0.0086 1.3327
331.15
1.3282 0.9595
1.0 0 0.05 0 1.3286
330.15
1.3240 0.9771
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES
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Cálculos
Para calcular el volumen de ambas sustancias utilizaremos los siguientes datos:
Metanol (1) Isopropanol (2)
PM gr/mol 32.04 60.09
ρ gr/m3 0.7918 0.7863
Vt L 0.05
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Se utilizaran las siguientes ecuaciones:
Análisis dimensional
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Procediendo a calcular los volúmenes del Metanol.
Nota: Se calcularan todos los volúmenes para este componente de la misma manera, solo se va a variar los datos marcados en recuadro.
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η liq. x11.3732 01.3706 0.11.3674 0.21.365 0.31.362 0.41.358 0.5
1.3546 0.61.3496 0.71.3416 0.81.3327 0.91.3286 1
• Graficando índice de refracción Vs la composición
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1.32 1.33 1.34 1.35 1.36 1.37 1.380
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
f(x) = − 363.495597359451 x² + 960.863466969912 x − 634.008183945851R² = 0.99440488018727
GRAFICA ÍNDICE DE REFRACCIÓN VS COMPOSICIÓN
índice de refracción
Co
mp
osic
ión
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• Utilizando la grafica se determino el valor del condensado (Y)
Nota: Se calcularan todos los valores del condensado de la misma forma que se calculo en la parte de arriba, solo irán cambiando los valores marcados en recuadros.
Y= -330.4x2 + 872.1x - 574.5
X= índice de refracción del vapor
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𝑃𝑣𝑎𝑝 (𝑇 )=𝑒𝑥𝑝(𝐴− 𝐵𝐶+𝑇 )
Parámetros de la ecuación de Antoine Metanol A=16.46 B=3593 C=-35.22
Estos parámetros vienen en el manual, del isopropanol no hay
En la siguiente diapositiva no encontré a P que es presión total y Ps supuestamente es la presión de vapor de los componentes a ciertas temperaturas según lo que entendí
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• Aplicando la Ley de Raoult se calculo la composición del liquido y del vapor
𝑋 1=𝑃−𝑃 2
𝑠
𝑃1𝑠−𝑃2
𝑠 𝑌 1=𝑋 1
𝑃1𝑠
𝑃
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CONFORME LA TEMPERATURA DI SMINUYE SUCEDE LO MISMO CON LA ÍNDI CE DE REFRACCIÓN (L Í Q) Y LA COMPOSI CIÓN DEL CONDENSADO VA AUMENTANDO DEBIDO A QUE CADA COMPUESTO VA PERDI ENDO SUS PROPI EDADES O MEJOR DICHO SU CARACTERÍST ICA DE SER PURO, TODO ESTO SE DEBE A QUE LOS VOLÚMENES DE CADA COMPONENTE VAN DISMINUYENDO CONFORME SE IBAN MEZCLANDO.
CONCLUSION
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BIBLIOGRAFIA
http://www.heurema.com/POFQ-Raoult.htmSmith J.M.; Van Ness H.C.; Abbott M.M.,
Introducción a la Termodinámica en Ingeniera Qumica, 6TA Ed., McGraw Hill, 2003.