fisico

EXPERIMENTO 13: ESTUDIO DEL EQUILIBRIO DE FASES:

SISTEMA DE TRES
COMPONENTES

1. OBJETIVOS.

El objetivo de la presente práctica es, que el estudiante una vez realizada y analizada, estará en capacidad de:

Determinar el punto de inmiscibilidad de dos soluciones liquidas al variar la composición de uno de los componentes.

Determinar la composición de la solución para los puntos deequilibrio liquido-liquido.

Ubicar los puntos de equilibrio en un diagrama triangular.

Dibujar en el diagrama triangular la curva de solubilidad o binodal de equilibrio liquido-liquido para el sistema ternario propuesto, a temperatura ambiente.

Trazar en el diagrama triangular, las líneas de unión o de reparto de las soluciones, utilizando los datos de composición de equilibrio entrelas dos fases liquidas,

2. ASPECTOS TEÓRICOS.

De acuerdo con la regla de fases de Gibbs, los grados de libertad para un sistema se pueden hallar por la siguiente ecuación:

F  C  P  2 donde: F = grados de libertad

C = numero de componentes P = fases involucradas.
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Esta ecuación se utiliza cuando el sistema en equilibrio esta influenciado por la temperatura,la presión y la concentración.

Si el experimento se realiza a presión y temperatura constante la ecuación se reduce a:

F  C  P

Ahora el cálculo de los grados de libertad para un sistema de tres componentes, a presión y temperatura constante cuando se forman dos fases liquidas en equilibrio, con un soluto soluble en los dos líquidos, entonces la ecuación de fases se reduce a la siguienteforma:

F  3  2  1

Esto significa que solo es necesario especificar la concentración de un componente para determinar el estado del sistema, ya que las otras composiciones las podemos averiguar utilizando el diagrama triangular de fases.

Se han propuesto varios esquemas para representar diagramas de equilibrio de tres componentes. Uno de ellos es el triangulo equilátero sugerido porstokes y Roozeboom. En este método cada vértice del triangulo representa el 100% de un componente (representando un componente puro). Como ejemplo observemos el sistema ácido acético, agua y triclorometano (cloroformo).

El ácido acético y el agua son dos especies totalmente miscibles entre si. Es decir, con independencia de las proporciones empleadas, el resultado de mezclar estos dos componenteses siempre una disolución homogénea. Lo mismo ocurre con el sistema formado por el ácido acético y el triclorometano (cloroformo). Cualquiera que sean las proporciones empleadas,
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estos dos componentes son totalmente miscibles y por tanto forman una disolución homogénea.

La condición para que dos especies sean totalmente miscibles es que sus moléculas tengan naturalezassimilares. Siendo así, el nuevo sistema formado por una disolución, en las que las moléculas de una especie están rodeadas por las de la otra, esta favorecido termodinámicamente frente a la permanencia de los dos sistemas iniciales por separado.

El sistema formado por agua y triclorometano es totalmente diferente. Estos componentes son prácticamente inmiscibles, lo que quiere decir que cuandose mezclan no se disuelven el uno en el otro (ver Figura 1). La naturaleza de sus moléculas es muy distinta y se repelen. Como resultado los dos líquidos se mantienen separados formando dos fases diferentes. Es decir, termodinámicamente resulta más estable mantener los dos sistemas por separado que constituir un hipotético nuevo sistema en el que las moléculas de una especie estén rodeadas por lasde la otra.

















Figura 1. Mezcla bifásica
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Supongamos que a una mezcla bifásica formada por agua y triclorometano se le añade un poco de ácido acético. Como el ácido acético es soluble en ambas especies, se disuelve en las dos fases. Estas permanecen inmiscibles, sin embargo se ha dado un cambio cualitativo importante. Ahora las fases no...