Equilibrio químico simultaneo”.




Instituto Politécnico Nacional


Escuela Superior De Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Laboratorio de Termodinámica del Equilibrio Químico

Práctica No. 4
“Equilibrio químico simultaneo”. Estudio de la distribución del ácido benzoico en tolueno y agua(Ley de Nernst)”

INTRODUCCION
La Ley de distribución de Nernst o ley de reparto, se define cuando una sustancia sedistribuye entre dos líquidos miscibles entre sí o ligeramente miscibles, y la relación de las concentraciones de dicha sustancia en las dos fases es constante, independientemente de la cantidad de soluto que se disuelva o del volumen de líquido empleado. Esta ley fue planteada por Walther Nernst en 1931. Cuando se reparte una cantidad de soluto entre dos disolventes no miscibles, como por ejemployodo en tetracloruro de carbono y agua, se alcanza un estado de equilibrio en el que el potencial químico del yodo es el mismo en las dos fases.
Cuando las soluciones son diluidas y el soluto se comporta idealmente, la actividad es prácticamente igual a la concentración y el coeficiente de reparto se expresa como la relación de concentraciones. El coeficiente de reparto es una constante deequilibrio, depende de la temperatura y de la naturaleza de los solventes y soluto involucrados, y no de la cantidad de los solventes y soluto.

Limitaciones de la ley de Nernst
La ley es estrictamente válida para disoluciones diluidas.
Si uno de los disolventes está saturado es soluto, no podrá indudablemente disolver mayor masa de dicho soluto, de modo que si el otro disolvente no está saturado, larelación entre las concentraciones no será constante.
Si el soluto está asociado o disociado en un disolvente y no está en el otro, o sea, que no posee la masa-fórmula correspondiente a una estructura simple en ambos disolventes, la relación entre las concentraciones no será constante.

Aplicaciones
En los procesos de extracción de sustancias, cuando se va a extraer un principio activo de unaplanta, el uso del volumen del disolvente debe dividirse en varias porciones y repetir el proceso varias veces, esto hará que se extraiga más principio activo de la planta.



Modelo teórico
En el agua, el ácido benzoico se disocia como ion benzoato e ion hidrogeno, cuando se agrega un solvente orgánico debido a las fuerzas de polarización de los iones se forman dímeros. Al comparar ladistribución de concentraciones entre los dos solvente se puede calcular la constante de equilibrio entre el monómero y dímero.
Se tiene a partir de la ley de Nernst, que dice: cuando se reparte una cantidad de soluto entre dos disolventes inmiscibles se alcanza un estado de equilibrio.

--------------(1)
En la capa acuosa, el ácido benzoico se disociara debido a que es un ácido débil y laconstante de disociación ácida se describe como:

HBz 
H+ +
Bz-
Inicio
CA
-
-
durante
-x
x
x
Equilibrio
CA-x
x
x

Donde la constante de disociación ácida se define como

La cual puede reescribirse en base a las concentraciones;
Y con la ayuda del la definición de grado de ionización , con la ayuda de esta definición se reescribe laconstate de disociación ácida, quedando de la siguiente manera:

De donde me interesa la concentración del ácido benzoico
-------------(2)
En la capa de tolueno el ácido benzoico existe en el monómero y en el dímero, esta dimerización también se encuentra en el equilibrio y la contante se obtiene así:

----------(3)
Donde la concentración total de ácido benzoico en agua y tolueno se obtiene dela suma del monómero y el dímero en cada una de las fases.
---------------(4)
Con la ayuda de estas cuatro ecuaciones se construye el modelo teórico, en la ecuación (4) se sustituye la concentración del ácido benzoico en fase acuosa despejando de la ecuación 1, quedando la ecuación de la siguiente manera:
De ec. (1)
se sustituye en ec. (4)

De ec. (3) se despeja la concentración de...