Reporte Azeotropos

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTITLÁN

Laboratorio de Fisicoquímica II Grupo: 2351

Semestre: 2017-II

Profesor: Juan José Mendoza Flores EQUIPO No. 1

Integrantes: ➔ Gómez González Fernanda Saraí #1 ➔ Limones Martínez Julieta #2 ➔ Madero Ramírez Luis Alberto #4 ➔ Salazar Velasco André Iván #3

Reporte de la práctica 9: “Azeótropos”

PRÁCTICA 9: “AZEÓTROPOS” Objetivos: I.

Obtener datos experimentales del equilibrio líquido vapor, para una mezcla binaria real y construir el diagrama de equilibrio T vs X

II.

Determinar los parámetros de Margules y Van Laar para una solución real.

Introducción: El azeótropo o mezcla azeotrópica, es una mezcla líquida de dos o más componentes que posee un único punto de ebullición constante y fijo, y que al pasar al estado gaseoso se comporta como un compuesto puro, es decir, como si fuera un solo componente. Se conocen muchos ejemplos de disoluciones binarias en las que la tendencia de escape de las moléculas de un componente está alterada por la proximidad de las moléculas del otro. Estas disoluciones denominadas reales o no ideales no obedecen a la ley de Raoult para todo el intervalo de su composición. Se admiten dos tipos de desviaciones de la ley de Raoult: desviación positiva y desviación negativa. Cuando la atracción entre moléculas de diferente especie, por ejemplo, moléculas A y B, es mayor que si se tratase de moléculas iguales como A y A, y B y B, la presión de vapor de la disolución es menor que la que cabía esperar para una disolución ideal, produciéndose una desviación negativa. Si la desviación es suficientemente grande, la curva de la presión total de vapor presenta un mínimo. Si la solución consta de dos líquidos volátiles, el coeficiente de actividad 𝛾𝑖 , es: 𝛾

𝑖

𝑝𝑖 = 𝜒𝑖 𝑃𝑖0

La actividad, 𝑎𝑖 𝑎𝑖 = 𝛾𝑖 𝜒𝑖 Para una solución que contiene dos líquidos volátiles y para la cual no es posible variar la fracción molar de ambos componentes hasta la unidad, para solutos gaseoso, el coeficiente de actividad está dada por la primera ecuación y el soluto: 𝑝2 𝛾2 = 𝑘2 𝜒2 donde 𝑘2 , la constante de Henry, es el valor de la interacción en 𝜒2 = 0de una curva 𝑃2 / 𝑥2 en función de 𝑥2 . Aunque los valores de 𝛾2 por las dos primeras ecuaciones son diferentes, siempre y cuando se use para la sustancia el mismo estado estándar mediante un cálculo, el resultado no cambiaría. Si se conoce la actividad del solvente en una escala de concentraciones y la actividad del soluto en una de estas concentraciones, se puede usar la ecuación de Gibbs-Duhem

𝑑(𝑙𝑛 𝑎2 ) =

𝜒𝑖 𝑑(𝑙𝑛 𝑎1 ) 𝜒2

para determinar el valor de la actividad del soluto en otra concentración haciendo una 𝜒

integración de la curva 𝜒 𝑖 en función de ln 𝑎1 . 2

Resultados: ηdestilado

ηresiduo

Teb/℃

CH3OH

----

----

53.5

1

1.3439

1.3434

53

2

1.3678

1.3704

49.5

3

1.3816

1.3880

47

4

1.4112

1.4071

48

5

1.3585

1.3595

49

CHCl3

----

----

52

Análisis de resultados: Curva patrón de la mezcla metanol-cloroformo.

mCH3OH (g)

mCHCl3 (g)

η

0.7924

0.0000

1.3288

1.2678

0.2984

1.3417

0.5546

0.2984

1.3555

0.6339

0.5967

1.3687

0.2773

0.4475

1.3760

0.3169

0.7459

1.3878

0.3962

1.3426

1.4039

0.2377

1.1934

1.4182

0.1585

1.4918

1.4268

0.1585

2.9835

1.4818

0.0000

1,1918

1.4465

De acuerdo a la literatura, los coeficientes de la ecuación de Antoine para el cloroformo y el metanol son:

A

B

C

CH3OH

16.5785

3638.27

239.5

CHCl3

13.7324

2548.74

218.552

Cálculo de las fracciones molares: ➔ Líquido

ηliq

XCH3OH

XCHCl3

1.3439

0.9392

0.0608

1.3678

0.7981

0.2019

1.3816

0.6963

0.3037

1.4112

0.4281

0.3719

1.3585

0.8741

0.1209

ηvap

YCH3OH

YCHCl3

1.3434

0.9396

0.0604

1.3585

0.8747

0.1253

1.3687

0.7996

0.2004

1.3878

0.6134

0.3866

1.4038

0.5255

0.4745

➔ Vapor

Cálculo de ΔG*mezcla para el CH3OH La fórmula que se usa para calcular el coeficiente de actividad es

Y para calcular ΔGmezcla se usa la fórmula

T

Xi

. Por ejemplo:

. Por ejemplo:

Yi

ai

ΔGmezcla

(J/mol) 326.15

0.9392

0.9396

0.8825

338.941

322.65

0.7981

0.8747

0.6981

964.075

320.15

0.6963

0.7996

0.5567

1559.05

321.15

0.4281

0.6134

0.2626

3570.17

322.15

0.8741

0.5255

0.4593

2083.89

*Los valores de las temperaturas se transformaron a Kelvin

Cálculo de ΔG*mezcla para el CHCl3:

T

Xi

Yi

ai

ΔGmezcla (J/mol)

326.15

0.0608

0.0604

0.0036

15257.75

322.65

0.2019

0.1253

0.0253

9863.46

320.15

0.3037

0.2004

0.0608

7453.27

321.15

0.3719

0.3866

0.1437

5179.95

322.15

0.1209

0.4745

0.0573

7658.63

*Los valores de las temperaturas se transformaron a Kelvin

Diagrama de fracción molar VS energía libre de Gibbs molar:

A continuación calculamos GE/RT, empleamos los coeficientes para una mezcla binaria encontradas en la literatura:

A12

A21

Margules

0.8320

1.7365

Van Laar

0.9356

1.8860

Para dicho cálculo se emplea la fórmula : X1= metanol X2= cloroformo Ejemplo: Sustituyendo las constantes de Margules: : Sustituyendo las constantes de Van Laar:

X1

X2

GE/RT (Margules)

GE/RT (Van Laar)

0.9392

0.0608

0.0960

0.1043

0.7981

0.2019

0.2503

0.2729

0.6963

0.3037

0.3091

0.3377

0.4281

0.3719

0.1676

0.1839

0.8741

0.1209

0.1710

0.1861

Conclusiones: Se consiguió llegar a los objetivos establecidos al inicio de la práctica, pues pudimos elaborar los diagramas de equilibrio de mezclas binarias azeotrópicas. Además observamos el comportamiento característico que estas tienen, totalmente diferente al de las soluciones ideales, el cual observamos en la práctica anterior.

Referencias: ● ● ●

J.M. Smith, H. C. Van Ness y M. M. Abbot. Introducción a la Termodinámica para Ingeniería Química. Mc. Graw–Hill, 7° Ed. México, 2007. I. N. Levine. Fisicoquímica. 5° Ed. McGraw-Hill, España, 2004. Menéndez, A. (2011). “Estimación de la composición azeotrópica de la mezcla etanol-agua”. Recuperado el 01 de mayo de 2017 de: http://www.fra.utn.edu.ar/upload/49120ccbb3f7909a70c442aed04d5919.pdf