Filosofia

PRÁCTICA 15

EQUILIBRIOS VAPOR-LÍQUIDO EN MEZCLAS BINARIAS
OBJETIVO Obtención de las curvas "liquidus" y "vapor" del sistema binario etanol-agua. MATERIAL NECESARIO - Aparato de Othmer para destilación, con resistencia calefactora y termómetro 50-100 °C (±0.1°C) - Refractómetro de Abbe - 12 tubos de ensayo provistos de tapón - Vaso de precipitados aforado de 100 mL - Embudo - Erlenmeyer de 100 mL- Pinza de madera - Varilla para la toma de muestras - Secador de aire - Agua destilada - Etanol (tóxico, densidad= 0.7893 g/cm3) INTRODUCCIÓN TEÓRICA Inicialmente en el matraz tenemos 3 componentes: agua (1), alcohol (2) y aire (3), y dos fases (vapor y líquido); la descripción de sus estados viene dada por las variables temperatura, T, presión, p, y las concentraciones c2 y c3. Si fijamos lapresión en el valor de 1 atmósfera, a cada estado le corresponde un punto en el diagrama de tres ejes (T,c2,c3), tal como se muestra en la figura 1. En los planos Tc2 y Tc3 se han señalado los cortes de las superficies que limitan las regiones en donde el sistema se encuentra en fase líquida o vapor; los trazos gordos corresponden a fase sólida. En este diagrama se puede situar el estado inicial dela disolución que vamos a estudiar. Se dan como probables valores los siguientes: T = 22°C, c2l = 45 % y c2v = 4 %; c3v = 94 % y c3l= 0.004 %. A este estado le corresponden dos puntos en el diagrama, uno de ellos en la superficie de liquidus y el otro en la superficie de vapor, ambos a la misma temperatura.
T (°C)
vapor 200 100 l quido

T (°C) 200 100
0

vapor

0
-100 -200

50 -100
-200 c3 (%) lquido

c

2

(%)

50

P = 1 atm

Figura 1. Diagrama de las fases del sistema agua (1) + alcohol (2) + aire (3). Sólo se indican los cortes de las superficies liquidus y vapor sobre los planos Tc2 y Tc3. Las líneas solidus vienen representadas con trazo grueso.

15.3

Con la ebullición, uno de los componentes, el aire, es eliminado en la primeras burbujas. El sistema se queda sólo con doscomponentes: agua y alcohol. Por lo tanto al hacer: c3v = c3l= 0 estamos en el plano Tc2. Los equilibrios vapor-líquido 1+2 son puntos de las líneas liquidus y vapor a la misma temperatura. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Obtención de las muestras Primero se introduce en el aparato de Othmer (Figura 2) 100 mL de alcohol y 100 mL de agua destilada. Estas cantidades, y las que aparezcan en lo sucesivo, sonvalores indicativos que facilitan el desarrollo rápido y eficaz de la práctica: no se requiere medirlas con precisión. Después se conectan los sistemas de refrigeración (un flujo pequeño suele ser suficiente) y calefacción. Cuando la mezcla alcance la ebullición empezará a condensarse vapor en el colector debido a la acción del refrigerante. Cuando el colector está lleno y los nuevos aportes de líquidovuelven al matraz esférico puede considerarse que se ha alcanzado un equilibrio dinámico. En esta etapa la temperatura permanecerá constante. Esperad 3 minutos y anotad la temperatura de equilibrio. A continuación se apaga la resistencia calefactora y en dos tubos de ensayo (numerados convenientemente) se toman muestras de unos 10 mL del líquido destilado en el colector y del líquido residuo,tapando los tubos rápidamente para evitar que se desprendan vapores y varíe la composición de los líquidos. Al recoger las muestras del colector y del residuo, se deben desechar los primeros 3 mL ya que, en las zonas más próximas a las llaves de vidrio, la concentración puede ser algo distinta de la masa del sistema. Tirad todo el líquido sobrante del colector cada vez que se recoge una muestra. Elproceso se repite varias veces, añadiendo únicamente 50 mL de agua destilada cada vez, hasta que tenemos casi agua pura (la temperatura de equilibrio es aproximadamente 100 oC).

Figura 2. Aparato de Othmer. 15.3

Medida de la concentración de alcohol en las muestras La concentración de las muestras se determina midiendo su índice de refracción con el refractómetro (Figura 3), tras dejarlas...