Práctica-No.-6 Azeótropo

(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL

A

AUTÓN

UTÓNOMA DE

OMA DE MÉXIC

MÉXICO

O

FES Cuautitlán

Equilibrio Qu!i"o

#ro$%& 'uana Cabr(ra

)(rnán*(+

Cort(, M(n*o+a Ana"ar(n

Dia+ )(rnan(+ -rano Alan

Martin(+ Ro*ri.u(+ Alba

/ua*alu0(

V

Vall(1o /u(r

all(1o /u(rr(ro )("t

r(ro )("tor '(,u,

or '(,u,

In.(ni(ra Qu!i"a

R(0ort( A"ti2ia

E30(ri!(ntal No%45

6A7EÓTRO#O8

(2)

(3)

Objetivos

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

Introducción

Un azeótropo es una mezcla líquida de dos o más componentes que poseen un nico punto de ebullición constante y !"o, y que al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro, o sea como si #uese un solo componente.

Un azeótropo, puede $ervir a una temperatura superior, intermedia o in#erior a la de los constituyentes de la mezcla, permaneciendo el líquido con la misma composición inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos por destilación simple. %l azeótropo que $ierve a una temperatura máxima se llama azeótropo positivo y el que lo $ace a una temperatura mínima se llama azeótropo negativo.

%n Termodinámica, la actividad es una medida de una &concentración e#ectiva& de una especie. 'urge debido a que las mol(culas en un gas o solución no ideal interactan unas con otras. )a actividad no tiene dimensiones. 'e $ace adimensional utilizando la #racción molar para su cálculo. )a actividad depende de la temperatura, presión y composición. *ara los gases, la presión e#ectiva parcial se suele re#erir como #ugacidad.

%stados de +e#erencia.

. %l estado normal más comn y más til es el estado de componente puro -gas, líquido, sólido a la misma temperatura, presión y #ase de la mezcla. *ara la actividad de una solución ideal y estado normal/ a_i= ^ f i f _i° γ _i

=

1 *or lo tanto γ i

=

a_i X _i %ntonces ai

=

xi

(4)

Procedimiento experimental

0 *reparamos las soluciones/

Muestra a b c d e f g h i

V _H

2O

/_mL 1.2 1. 1.2 1.2 1.2 1.3 1.4 1.5 .

V _C₃_H₇_OH

/

3.6 .6 .5 .2 1.7 1.7 1.5 1.5 1.4

20 8edimos el índice de re#racción de cada una de las soluciones y del agua y del propanol puros.

30 9rmamos el micro :it de destilación de la siguiente manera /

;0 <olocamos piedras de destilación en el matraz de destilación y agregamos 1 m) de agua al matraz de destilación.

40<alenttamos el matraz de destilación y tomamos la medida de temperatura de ebullición -cuando se mantuvo constante del agua.

60 9gregamos n0propanol al matraz de destilación, y tomamos medida de la temperatura de la solución cuando llegó a su punto de ebullición -cuando se mantuvo constante.

(5)

=0 <uando llegamos a su punto de ebullición tomamos una muestra del destilado y medimos su índice de re#racción. >espu(s tomamos una muestra del residuo y medimos su índice de re#racción.

70 +epetir el punto 6 y = cuatro veces más.

50 %n el matraz de destilación vacío -solo con las piedras de destilación, agregamos 1 m) de n0propanol al matraz de destilación.

10<alentamos el matraz de destilación y tomamos la medida de temperatura de ebullición -cuando se mantuvo constante del n0 propanol.

0 9gregamos agua al matraz de destilación, y tom( medida de la temperatura de la solución cuando llegó a su punto de ebullición -cuando se mantuvo constante.

20 <uando llegamos a su punto de ebullición tome una muestra del destilado y medí su índice de re#racción. >espu(s tom( una muestra del residuo y medí su índice de re#racción.

30 +epetimos el punto  y 2 cuatro veces más.

+esultados

<onstrucción de la curva patrón

8uestra C3H7OH a B c d e f g h i H2O V _H₂_O

/

mL 00000000000 .7 .6 .; .2  1.7 1.6 1.; 1.2 V _C 3 H 7OH / 1.2 1.; 1.6 1.7  .2 .; .6 .7 000000000 η .3736 .3;3 1 .3;7 ; .343 5 .345 ; .364 ; .364 ; .3=1 ; .36 4 .3=5 4 .333 =

*ara la construcción de la curva patrón se obtiene la #racción mol del agua en cada disolución, y esta se obtiene a partir de las densidades.

9 22 ?< )a densidad del agua es de 55=.76 :g@m3_{y la del propanol es de}

=51 Ag@m3_.

MUESTRA A

*rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/

(6)

'ustituyendo m_H 2O

=

(

.99786 g mL

)

(

1.8mL

)=

1.7961g m_C 3 H 7OH

=

(

.790 g mL

)

(

0.2mL

)=

0.158g

>espu(s con las masas molares se obtuvo en nmero de moles/

M _H₂_O

=

18 g mol M _C 3 H 7OH

=

60 g mol n_i

=

mi M _i 'ustituyendo n_H 2O

=

1.7961_g 18 g mol

=

0.09978_mol n_C 3 H 7OH

=

0.158_g 60 g mol

=

.002633_mol

B por ltimo con el nmero de moles se obtiene la #racción mol/

X _i= ni n_T 'ustituyendo X _H 2O

=

0.09978_mol

(

0.09978_mol

)+(

0.002633_mol

)

=

.9743

(7)

X _C

3 H 7OH

=

0.002633_mol

(

0.09978_mol

)+(

0.002633_mol

)

=

0.0257

MUESTRA B

*rimero se obtiene la masa con los volmenes y las densidades de la muestra/ m_i

=

ρ_iV _i 'ustituyendo m_H₂_O

=

(

.99786 g mL

)

(

1.6mL

)=

1.5966g m_C₃_H₇_OH

=

(

.790 g mL

)

(

0.4mL

)=

0.316g

M _H 2O

=

18 g mol M _C₃_H₇_OH

=

60 g mol n_i

=

mi M _i 'ustituyendo n_H₂_O

=

1.5966g 18 g mol

=

0.0887_mol n_C₃_H₇_OH

=

0.316g 60 g mol

=

.0005266_mol

(8)

=

0.0887_mol

(

0.0887_mol

)+(

0.005266_mol

)

=

.9440 X _C₃_H₇_OH

=

0.005266mol

(

0.0887_mol

)+(

0.005266_mol

)

=

0.0560

MUESTRA 

=

(

.99786 g mL

)

(

1.4mL

)=

1.3970g m_C 3 H 7OH

=

(

.790 g mL

)

(

0.6mL

)=

0.474g

M _H₂_O

=

60 g mol n_i

=

mi M i 'ustituyendo n_H 2O

=

1.3970_g 18 g mol

=

0.0776_mol

(9)

n_C 3 H 7OH

=

0.474_g 60 g mol

=

.00079_mol

=

0.0776_mol

(

0.0776_mol

)+(

0.0079_mol

)

=

.9076 X _C₃_H₇_OH

=

0.0079mol

(

0.09978_mol

)+(

0.002633_mol

)

=

0.0924 X _C 3 H 7OH

=

0.005266_mol

(

0.0887_mol

)+(

0.005266_mol

)

=

0.0560

MUESTRA !

=

(

.99786 g mL

)

(

1.2mL

)=

1. 1974g m_C 3 H 7OH

=

(

.790 g mL

)

(

0.8mL

)=

0.632g

(10)

M _H 2O

=

60 g mol n_i

=

1.197g 18 g mol

=

0.0665_.mol n_C₃_H₇_OH

=

0.632g 60 g mol

=

.0105_mol

X _i= ni nT 'ustituyendo X _H₂_O

=

0.0665mol

(

0.0665_mol

)+(

0.0105_mol

)

=

0.8636 X _C 3 H 7OH

=

0.0105_mol

(

0.0665_mol

)+(

0.0105_mol

)

=

0. 1364

MUESTRA E

(11)

'ustituyendo m_H 2O

=

(

.99786 g mL

)

(

1mL

)=

.9979g m_C₃_H₇_OH

=

(

.790 g mL

)

(

1mL

)=

0.79g

M _H 2O

=

60 g mol n_i

=

.9979g 18 g mol

=

0_.0554_mol n_C₃_H₇_OH

=

0.79g 60 g mol

=

.0132_mol

=

0.0554mol

(

0.0554_mol

)+(

0.0132_mol

)

=

0. 8076

(12)

X _C

3 H 7OH

=

0.0132_mol

(

0.0554_mol

)+(

0.0132_mol

)

=

0. 1924

MUESTRA "

=

ρ_iV _i 'ustituyendo m_H 2O

=

(

.99786 g mL

)

(

.8mL

)=

0.7983g m_C 3 H 7OH

=

(

.790 g mL

)

(

1 .2k mL

)=

0. 948g

M _H₂_O

=

60 g mol n_i

=

mi M i 'ustituyendo n_H 2O

=

.7983_g 18 g mol

=

0.04435_mol n_C 3 H 7OH

=

0.948_g 60 g mol

=

.0158_mol

(13)

=

0.04435_mol

(

0.0 4 435_mol

)+(

0.0158_mol

)

=

0.7373 X _C₃_H₇_OH

=

0.0158mol

(

0.04435_mol

)+(

0.0158_mol

)

=

0. 2627

MUESTRA #

=

(

.99786 g mL

)

(

.6mL

)=

0 .5987. g m_C 3 H 7OH

=

(

.790 g mL

)

(

1 .4mL

)=

1.106g

M _H₂_O

=

60 g mol n_i

=

mi M i 'ustituyendo

(14)

n_H 2O

=

.5987_g 18 g mol

=

0.0328_mol n_C 3 H 7OH

=

1.106_g 60 g mol

=

.0184_mol

=

0.0328_mol

(

0.0328_mol

)+(

0.0184_mol

)

=

0. 6406 X _C 3 H 7OH

=

0.0184_mol

(

0.0328_mol

)+(

0.0184_mol

)

=

0.3594

MUESTRA $

=

(

.99786 g mL

)

(

.4mL

)=

0. 3991g m_C 3 H 7OH

=

(

.790 g mL

)

(

1 .6mL

)=

1.264 g

(15)

M _H 2O

=

60 g mol n_i

=

.3991g 18 g mol

=

0. 0228_mol n_C₃_H₇_OH

=

1.264g 60 g mol

=

.0 2107_mol

=

0.0228mol

(

0.0228_mol

)+(

0.02107_mol

)

=

0.5197 X _C₃_H₇_OH

=

0.0228mol

(

0.0228_mol

)+(

0.02107_mol

)

=

0. 4803

MUESTRA I

(16)

m_i

=

(

.99786 g mL

)

(

.2mL

)=

0.1996 g m_C 3 H 7OH

=

(

.790 g mL

)

(

1 .8mL

)=

1.422g

M _H₂_O

=

60 g mol n_i

=

mi M _i 'ustituyendo n_H 2O

=

.1996_g 18 g mol

=

0. 01109_mol n_C 3 H 7OH

=

1.422_g 60 g mol

=

.02403_mol

=

0.01109_mol

(

0.01109_mol

)+(

0.02403_mol

)

=

0.5197

(17)

X _C₃_H₇_OH

=

0.02403mol

(

0.01109_mol

)+(

0.02403_mol

)

=

0.6842

B así se realiza para las demás soluciones, los valores se pueden observar en la siguiente tabla

8uestr a C 3 H 7O a b c d e # g $ i H 2 X _H 2O 1 . 5=;3 . 2172 . 3165 . ;22 . 426 . 62 . =113 . 71=5 . 5124  X _C 3 H 7OH  . 124= . =57 . 653 . 47=7 . ;1=; . 377 . 255= . 52 . 15=4 1

(18)

1 1. 1.2 1.3 1.; 1.4 1.6 1.= 1.7 1.5  .3 .3 .32 .33 .3; .34 .36 .3= .37 .35 #-x D 0 1.xE3 F 1.17 xE2 0 1.13x F .35 Xagua C

)os valores de la grá!ca se a"ustan a la siguiente ecuación/

η

=−

0.1016_X3

+

0.0785_X2

−

0.0259_X

+

1.3856

<on el índice de re#racción del residuo y del destilado, y la ecuación, anterior se calcula la #racción mol del agua destilada y no destilada. )os datos se pueden observar en la siguiente tabla.

Destilació n

ηDestilado ηresiduo T eb /°C Y _H₂_O X _H₂_O

(19)

" "#37!3 "#3$"3 %! #7""7 #7" 2 "#37&& "#3''' %! #'$' #%7!7 3 "#37&% "#3&3& 7 #'%$ #7$7 $ "#377' "#3&'3 7 #'7!7 #77& ' "#37%" "#3'& 7 #''3! #%3$& & "#3%!! "#3&$% 7 #$%! #27%

7 "#377& "#3&3! 7 #&&7 #%!""

% "#37& "#3&2 %! #'%& #7273

C3H7OH --- --- %7 ! ! )a grá!ca de T ebvs X H 2O −_Y H 2O es/ 1 1.2 1.; 1.6 1.7  =2 =; =6 =7 71 72 7; 76 77 51 52 B X Teb

9nálisis de resultados

)a grá!ca de T ebvs X H 2O

−

Y H 2O no salió correctamente, no se observa el

azeótropo. B no se pueden obtener los demás datos.

<onclusión

)os datos obtenidos durante la experimentación no son correctos para elaborar el diagrama de T vs X, por lo que no se cumplió el ob"etivo planteado al principio de la práctica.

(20)

Gibliogra#ía

1.-J. M. Smith, H. C. Van Ness y M. M. Abbot. Introducción a la ermodin!mica

"ara In#enier$a %u$mica. Mc. &ra'(Hill, )* +d. Mico, //)

Práctica-No.-6 Azeótropo

UNIVERSIDAD NACIONAL

UNIVERSIDAD NACIONAL

A

AUTÓN

UTÓNOMA DE

OMA DE MÉXIC

MÉXICO

O

FES Cuautitlán

FES Cuautitlán

Equilibrio Qu!i"o

Equilibrio Qu!i"o

#ro$%& 'uana Cabr(ra

#ro$%& 'uana Cabr(ra

)(rnán*(+

)(rnán*(+

Cort(, M(n*o+a Ana"ar(n

Cort(, M(n*o+a Ana"ar(n

Dia+ )(rnan*(+ -ran*o Alan

Dia+ )(rnan*(+ -ran*o Alan

Martin(+ Ro*ri.u(+ Alba

Martin(+ Ro*ri.u(+ Alba

/ua*alu0(

/ua*alu0(

V

Vall(1o /u(r

all(1o /u(rr(ro )("t

r(ro )("tor '(,u,

or '(,u,

In.(ni(ra Qu!i"a

In.(ni(ra Qu!i"a

R(0ort( A"ti2i*a*

R(0ort( A"ti2i*a*

E30(ri!(ntal No%45

E30(ri!(ntal No%45

6A7EÓTRO#O8

6A7EÓTRO#O8

Objetivos

Introducción

=

=

=

Procedimiento experimental

/

+esultados

/

MUESTRA A

=

(

)

(

)=

=

(

)

(

)=

=

=

=

=

=

=

=

=

(

)+(

)

=

=

(

)+(

)

=

MUESTRA B

=

=

(

)

Dia+ )(rnan(+ -rano Alan

Dia+ )(rnan(+ -rano Alan

R(0ort( A"ti2ia

R(0ort( A"ti2ia