manual fisicoquimica 2
Post on 11-Jan-2016
37 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTÓNOMA DE
MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS
SECCIÓN DE FISICOQUÍMICA
MANUAL EXPERIMENTAL DE TERMODINÁMICA QUÍMICA
CARRERA: QUÍMICA
ASIGNATURA: FISICOQUÍMICA II CLAVE CARRERA: 32 CLAVE ASIGNATURA:1327
Ricardo Baltazar Ayala Gloria Cruz León
Rodolfo Gómez Balderas
Agosto de 2012
CONTENIDO
Introducción……………………………………………………………………….…....…..I Objetivos Generales del Curso……………………...…………………………...….…..II Objetivos de Curso Experimental………...…………………….………………..….…..II Normas del Laboratorio………………………………………………..……………..….III Actividades Experimental y Unidad Temática……………………………...…..………….………………………..….V Actividad Experimental No.- 1 Construcción de Material para Microescala…………………………………………….1 Actividad Experimental No.- 2 Índice de Refracción y Densidad…………………...…...…………………….……..….5 Actividad Experimental No.- 3 Viscosidad………………………………………...……..………….…………...……….14 Actividad Experimental No.- 4 Volúmenes Molares Parciales……………………………….……………….……..….20 Actividad Experimental No.- 5 Entalpía de Fusión.……………………………………...………………………...…….26 Actividad Experimental No.- 6 Entalpía de Ebullición…………………………………...…………………………...….31 Actividad Experimental No.- 7 Propiedades Coligativas………………………………………...………………………37 Actividad Experimental No.- 8 Soluciones Ideales……………………………………………………………………….49 Actividad Experimental No.- 9 Azeótropo……………………………………………………………….………….....….55 Actividad Experimental No.- 10 Equilibrio Líquido-Líquido Ternario…………………………….……………………....61 Proyecto…………………………………………………………..………………………70
I
INTRODUCCIÓN
El trabajo en el Laboratorio de Fisicoquímica II contribuye a desarrollar en el alumno
habilidades experimentales que le ayuden a estudiar las propiedades termodinámicas de
la materia, ya sean sustancias puras, sistemas en equilibrio químico o de fases, que más
tarde aplicará en su desempeño profesional. Actualmente, es importante cuidar el
ambiente y aprovechar los recursos naturales de la mejor manera posible, por lo que su
transformación en satisfactores debe ser cuidadosamente planeada y controlada, siendo
la termodinámica la disciplina metodológica que ofrece los fundamentos necesarios para
que desarrollen procesos que ofrezcan el máximo rendimiento con un ahorro considerable
tanto de materiales como de energía. Por lo anterior es importante desarrollar la
conciencia sobre el cuidado y responsabilidad con el medio ambiente que se debe tener
como profesional de la química. Con este fin, se propone que las prácticas contenidas
dentro de este manual, se efectúen dentro de lo posible, mediante la técnica de
microescala. Esta metodología nos permite utilizar menos reactivos, que a su vez se
traduce en una cantidad menor de residuos, esto a su vez genera otros beneficios, como
los económicos. El alumno también se beneficia ya que estará expuesto a una menor
cantidad de reactivos, lo que reduce las posibles afectaciones a su salud.
Para poder realizar el trabajo en microescala, en la primera sesión experimental el alumno
se encargará de la elaboración de los materiales necesarios para trabajar con esta
metodología, los cuales serán utilizados en diversas sesiones experimentales a lo largo
del curso.
Las dos primeras sesiones experimentales comprenden el estudio de propiedades
macroscópicas de sustancias puras, las cuales son de suma importancia para el estudio
de sistemas termodinámicos complejos. Esta etapa ayuda a que los estudiantes
desarrollen destrezas en el manejo de instrumental simple (micropicnómetros,
viscosímetros, refractómetros, etc.). En las demás sesiones, se aprovechan las
habilidades adquiridas para estudiar las propiedades termodinámicas de sistemas
complejos (sistemas en equilibrio químico o de fases).
Los conocimientos y las habilidades adquiridas en el laboratorio generarán en el alumno
un razonamiento crítico respecto al alcance de la aplicación de los distintos modelos que
describen los sistemas termodinámicos reales.
II
OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
● Aplicar el concepto de equilibrio termodinámico a sistemas multicomponentes sin
reacción química y sin la influencia de campos externos.
● Analizar el comportamiento de los sistemas termodinámicos multicomponentes, ante
cambios de fase o propiedades que lo describen.
● Calcular, en donde sea posible, con diferentes grados de aproximación, las variables de
interés incluidas en los procesos de equilibrio de fases.
● Describir cualitativamente, los diagramas de fase de los sistemas multicomponentes,
auxiliado por la regla de las fases.
● Destacar el comportamiento real de los sistemas multicomponentes en relación con el
de las soluciones ideales, estableciendo sus diferencias sobre bases moleculares.
OBJETIVOS DEL CURSO EXPERIMENTAL
● Que el alumno adquiera las actitudes de responsabilidad, trabajo en equipo, trabajo en
el laboratorio
● Desarrollar en el alumno las habilidades experimentales para la determinación de
propiedades termodinámicas.
● Entender los factores que afectan el equilibrio químico y de fases.
● Corroborar experimentalmente los distintos modelos termodinámicos que describen el
equilibrio.
● Generar en el alumno un razonamiento crítico respecto a los distintos modelos
termodinámicos que describen a los sistemas reales.
● Generar en el alumno una conciencia sobre el cuidado y responsabilidad con el medio
ambiente.
III
NORMAS DE LABORATORIO
(REGLAMENTO INTERNO DE LOS LABORATORIOS DE FISICOQUIMICA)
El laboratorio es un lugar potencialmente peligroso por lo que se deben de seguir las
siguientes normas generales de seguridad que a continuación se mencionan:
1. El alumno trabajará en el laboratorio solo cuando su profesor o persona responsable de
dicho laboratorio este presente. En caso de emergencia consultar acciones de
emergencia o primeros auxilios en LAS HOJAS DE SEGURIDAD.
2. No se permite la entrada de infantes a los laboratorios.
3. La tolerancia para ingresar a la sesión experimental es de 15 min.
4. Son requisitos indispensables para el trabajo experimental:
• Calzado cerrado (obligatorio).
• Cabello recogido (obligatorio)
• Bata (obligatorio).
• Lentes de seguridad (obligatorios).
Estas medidas de seguridad deben ser seguidas por alumnos y profesores.
5. No se permite fumar dentro del laboratorio.
6. No se permite consumir alimentos y bebidas en el laboratorio.
7. El lugar de trabajo debe estar despejado de libros, mochilas, prendas, etc.; Estas se
deben de colocar en los anaqueles habilitados.
8. No se deben encender cerillos o mecheros, a excepción de que así lo requiera la
sesión experimental.
9. Al manejar equipos se recomienda revisar el instructivo antes de la actividad
experimental y preguntar al profesor las dudas que se tengan sobre el particular.
I
V
10. La solicitud de los equipos, materiales y reactivos se realiza con el llenado del vale del
laboratorio y presentando la credencial otorgada por la UNAM.
11. Si se rompe o daña material y/o equipo, éste debe reintegrarse al laboratorio antes de
concluir el curso experimental.
12. El alumno tiene la obligación de estudiar las ORIENTACIONES ACERCA DEL
TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS, con el propósito de saber qué
hacer con los residuos o desechos producidos en cada sesión experimental. Los residuos
de los experimentos que deban almacenarse, deben ser depositados en los recipientes
etiquetados que le indique el profesor.
13. Una vez terminada la sesión experimental, el alumno deberá dejar limpio su lugar de
trabajo y asegurarse de no dejar basura en las tarjas de las mesas de trabajo ni en las de
lavado de material.
14. El alumno debe lavarse las manos con agua y jabón antes de salir del laboratorio.
V
Número Titulo de la práctica Unidad temática en el
programa de la asignatura
1 Construcción de material para microescala
2 Índice de refracción y densidad
3 Viscosidad
4 Volúmenes molares Parciales Unidad 2. Termodinámica de sistemas multicomponentes
5 Entalpía de fusión Unidad 6. Equilibrio de fases
6 Entalpía de ebullición Unidad 6. Equilibrio de fases
7 Propiedades coligativas Unidad 7. Propiedades Coligativas
8 Soluciones ideales Unidad 8. Equilibrio de fases líquido vapor
9 Azeótropo Unidad 8. Equilibrio de fases líquido vapor
10 Equilibrio Ternario Unidad 9. Equilibrio de fases líquido-líquido y sólido-líquido
1
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 1
CONSTRUCCIÓN DE MATERIAL PARA MICROESCALA
INTRODUCCIÓN
En esta práctica el estudiante construye el material que utilizará en sus prácticas a
microescala. Con la Química a microescala se pueden realizar procesos químicos usando
pequeñas cantidades de reactivos, sin que ello reste calidad a los métodos habituales
usados tanto en educación como en la industria, contribuyendo a un medioambiente
menos contaminado. Las técnicas a microescala han demostrado su gran utilidad en los
siguientes aspectos prácticos: menor costo de operación, menor cantidad de desechos y
menor tiempo de operación entre otros beneficios.
La microescala está basada en la utilización de aparatos e instrumentos de medición,
algunos diseñados y construidos con materiales de fácil adquisición, por ejemplo:
plásticos, jeringas desechables, puntas de plástico desechables, alambres cortos y
delgados usualmente de desecho, ventiladores de computadoras obsoletas, etc.
OBJETIVOS
1. Construir un micropicnómetro
2. Construir microagitadores magnéticos
3. Construir un gotero
4. Aprender a usar su material a microescala.
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
5 Pipetas pasteur*
10 Clips*
1 segueta*
1 pinzas de punta.*
1 pinzas de corte*
1 mechero Bunsen
*Material proporcionado por el alumno
2
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
CONSTRUCCIÓN DE MICROPICNÓMETROS
1. Sujetar la pipeta Pasteur de los puntos A y C, como lo índica la figura 1.
2. Calentar con el mechero el punto B, entre el punto B y C hay aproximadamente de 1 a
1.5 cm, hasta el rojo vivo rotar la pipeta Pasteur y jalar como le indican la flechas en la
figura 1.
3. Calentar el punto B, para sellarlo; como lo índica la figura 2.
4. Cortar con una lija metálica en el punto D (aproximadamente 0.5 cm del capilar original
de la pipeta Pasteur); como lo índica la figura 3.
CONSTRUCCIÓN DE MICROAGITADORES MAGNETICOS
1. Desdoblar el clip y corte en los puntos a, b, c, d, e y f , con ayuda de la segueta; como
lo indica la figura 4.
2. Introducir las partes cortadas, una a una, dentro del filamento de la pipeta Pasteur, que
sobro de su micropicnómetro, calentar con el mechero para sellar una punta en g y
después cortar la punta h para sellarla; figura 5 y Figura 6. Con una pipeta Pasteur se
pueden obtener de 3 a 4 microagitadores.
3
CONSTRUCCIÓN DE UN GOTERO
1. Al construir el micropicnómetro sobrará la parte A que se ve en la figura 1.Cortar con la
segueta, el punto E como se indica para obtener un gotero; ver figura 7.
Cada equipo deberá construir al menos 4 micropicnómetros, 6 microagitadores y 4
goteros
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
Los residuos de vidrio serán depositados en un bote etiquetado como residuos de vidrio.
4
BIBLIOGRAFÍA
1. A. Fregoso y N.V. Cervantes. Taller práctico de química general en microescala. U. I. A.
2002.
2. M.T. Moran y M.G. Castañeda. Taller práctico de fisicoquímica en microescala. U. I. A.
2002.
5
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 2
ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y DENSIDAD
INTRODUCCIÓN
La densidad es una propiedad intensiva que se define como el cociente masa/volumen.
En tanto que la densidad relativa se define como la relación que existe entre el peso de un
volumen de sustancia y el peso del mismo volumen de agua, a la temperatura dada. En
general se habla de densidad relativa al agua a 4 °C. Puesto que existen varias
definiciones y escalas alrededor del concepto de densidad, esta práctica comprende el
estudio de dichos conceptos y se extiende a las aplicaciones de esta importante
propiedad de la materia.
El índice de refracción (), la refracción específica (RS) y la refracción molar (RM) son
indicadores de la manera en la cual una molécula interacciona con la luz. En la práctica se
estudia la dependencia del índice de refracción con la concentración y se discute la
dependencia con la temperatura, presión y longitud de onda de la luz incidente. Se
realizan mediciones del índice de refracción para caracterizar líquidos a partir de sus
valores de refracción específica y polarización, y para determinar la composición de
mezclas.
OBJETIVOS
1. Comprender los conceptos de índice de refracción, refracción específica y refracción
molar.
2. Familiarizarse con el funcionamiento y manejo del refractómetro de Abbe.
3. Construir curvas patrón del índice de refracción versus composición para una mezcla
binaria.
4. Determinar la composición de mezclas binarias a partir de mediciones de su índice de
refracción.
5. Comprender el concepto de densidad y las diversas formas de expresarla.
6. Conocer los distintos métodos para determinar la densidad de líquidos y el principio
físico en el que se basan.
7. Conocer las distintas escalas para expresar la densidad de líquidos.
8. Desarrollar habilidades para medir la y densidad.
6
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. Explique el fenómeno de refracción y defina el índice de refracción.
2. Explique el funcionamiento del refractómetro de Abbe.
3. Diga si el índice de refracción varía con la temperatura y la presión para líquidos y
gases y porqué
4. Mencione como varía el índice de refracción de una mezcla binaria en función de la
concentración.
5. Describa como construir una curva patrón de índice de refracción vs fracción mol,
discutir su utilidad.
6. Explique qué es y cómo se calcula la refracción molar y la refracción específica.
7. Investigue los valores de refracción específica para los compuestos puros (agua, 1-
propanol y metanol) o calcúlelos a partir del índice de refracción de estas sustancias.
8. Mencione algunas aplicaciones de la medición del índice de refracción y/o de refracción
molar.
9. Mencione la diferencia entre propiedad extensiva y propiedad intensiva
10. Explique qué es densidad, densidad relativa y peso específico.
11. Busque en la literatura las densidades del agua, metanol y 1-propanol a 25°C
12. Describa cómo se calcula la fracción mol de cada componente en una solución, a
partir de los volúmenes y la densidad de los componentes puros.
13. A partir de las densidades del punto 11, proponga volúmenes de agua y metanol, tal
que 2
0.1H OX , y el volumen de la solución este entre 2 y 3 mL.
14. Exprese como se determina la densidad con el método del picnómetro.
15. Describa como se determina la densidad usando el hidrómetro. Explique el principio
físico en el que se basa y enumere los diferentes tipos de hidrómetros con sus escalas en
función de su uso.
16. Investigue como varía la densidad de un líquido y de un gas con la temperatura y la
presión
17. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
18. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental.
7
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
9 Matraces erlenmeyer de 5 ó 10 mL
con tapón de hule
2 Pipeta graduada de 2 mL (1/100)
2 Vasos de precipitados de 10 mL
1 Termómetro
1 Piseta
5 Jeringas nuevas de 3 mL *
1 Micropicnómetro*
1 guante de látex*
1 Gotero
1 Refractómetro 1-propanol
Metanol
Acetona*
Almíbar*
Jugo de frutas*
*Material proporcionado por el alumno
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
1. Lavar y secar perfectamente el material de vidrio.
2. Registrar el valor de la temperatura de trabajo.
3. Elegir uno de los siguientes pares de sustancias, 1-propanol-agua o metanol-agua.
4. Prepare las siguientes soluciones de acuerdo al par de sustancial elegido
Para metanol-agua
MUESTRA a b c d e f g h i
2H OV / mL 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.9 0.9 1.1 1.3
3CH OHV / mL 1.7 1.7 1.6 1.4 1.3 1.3 0.9 0.6 0.3
Para 1-propanol-agua
MUESTRA a b c d e f g h i
2H OV / mL 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3 0.5 0.9 1.1
3 7C H OHV / mL 3.6 1.6 1.9 1.2 0.8 0.8 0.9 0.9 0.5
Los volúmenes y sustancias aquí mostradas pueden ser cambiados si lo considera
necesario.
8
Para medir los volúmenes utilice una pipeta graduada de 2 mL (1/100) modificada de
acuerdo a la figura 8.
5. Medir el índice de refracción de los componente puros y de cada solución de la “a” a la
“i” inmediatamente después de ser preparada. Aplicar las muestras con un gotero de
plástico y después de la medición, limpiar la superficie del prisma con algodón
impregnado de acetona.
6. Medir el índice de refracción de la muestra proporcionada por el profesor.
NOTA: Ver manejo del refractómetro de Abbe.
Figura 8. Armado de la pipeta para preparar las soluciones.
DENSIDAD
1. Lavar y secar perfectamente el material de vidrio. Excepto el micropicnómetro. El
micropicnómetro se debe manipular con ayuda de un guante de latex.
2. Medir la temperatura a la cual se trabaja en el laboratorio.
3. Determinar la masa del micropicnómetro seco.
4. Determinar la masa del micropicnómetro lleno de agua destilada.
5. Determinar la masa del micropicnómetro lleno con etanol.
6. Determinar la masa del micropicnómetro lleno con una muestra problema elegida por el
alumno.
7. Repetir los puntos del 3 al 6 dos veces más.
8. El profesor explicara de manera demostrativa, como determinar la densidad utilizando
el hidrómetro. Para el hidrómetro se usan los productos comerciales.
NOTA: INDICAR EL MANEJO DE LOS DISTINTOS HIDRÓMETROS. A CRITERIO DEL
PROFESOR.
9
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
Todos los residuos que contengan acetona deberán ser depositados en un recipiente
etiquetado como residuos de acetona.
Todos los residuos que contengan 1-propanol deberán ser depositados en un recipiente
etiquetado como residuos de alcoholes
Los residuos de etanol pueden ser desechados directamente en la tarja.
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
A:
B:
X es la muestra problema proporcionada por el profesor
DENSIDAD
T = °C
Pesada 1 Pesada 2 Pesada 3
micropicm / g
2micropic H Om / g
2 5micropic C H OHm / g
micropic muestram / g
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE
CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA PATRÓN
1. Busque en la literatura las densidades del agua, 1-propanol y metanol a la temperatura
de trabajo.
2. Calcule la refracción molar y la refracción específica de los compuestos puros.
Muestra Apuro a b c d e f g h i Bpuro X
AV / mL -- -- --
BV /mL -- -- --
10
3. Utilizando las contribuciones individuales de átomos y enlaces, calcule la refracción
específica de los compuestos estudiados y comparar con los resultados experimentales.
4. Calcule la fracción mol de ambos componentes para cada solución, de la “a” a la “i”
5. Elabore un diagrama (curva patrón) vs 2H OX , incluya los datos del los componentes
puros.
6. Ajuste los datos anteriores a la mejor ecuación posible. Si tiene duda de cómo hacer
esto, pregunte a su asesor.
7. Utilizando la ecuación del ajuste anterior, determine la composición de la muestra
problema que le proporcionó el profesor.
NOTA. Esta curva patrón será utilizada en actividades experimentales posteriores.
DENSIDAD
1. Busque en la literatura la densidad del agua a la temperatura de trabajo.
2. Con el dato anterior, determine el volumen del micropicnómetro.
3. Determine la densidad y la densidad relativa del etanol y de la muestra problema.
4. Especifique los parámetros que pueden afectar la determinación de la densidad.
NOTA: Los cálculos los realizará con el promedio de las tres mediciones.
5. Mencione las ventajas y aplicaciones del conocimiento de la densidad.
6. Haciendo la aproximación que la temperatura de trabajo fue de 15.5 °C, determine el
peso especifico del etanol y de la muestra problema.
11
BIBLIOGRAFÍA
1. P. W. Atkins and J. de Paula. Physical Chemistry. Oxford University Press. 9th Edition.
USA, 2010.
2. G.W. Castellan. Fisicoquímica. Addison Wesley Iberoamericana S.A. 2° Ed. México,
1987.
3. H.H. Willard. Métodos Instrumentales de Análisis. 2º Ed, CECSA. México, 1986.
4. M. Tanaka, G. Girard, R. Davis, A. Peuto and N. Bignell. Metrología. 38, 301-309, 2001,
5. http://www.cenam.mx/
7. I. N. Levine. Fisicoquímica. 5° Ed. McGraw-Hill, España 2004.
8. K. J. Laidler y J. H. Meiser. Fisicoquímica, Compañía Editorial Continental, México
1997.
9. Perry’s Chemical Engineers´Handbook. 8° Edition. McGraw-Hill. 2007
12
Figura 9. Manejo del Refractómetro de Abbe
A. Conectar el equipo a la corriente eléctrica y la manguera a la toma de agua.
B. Encender el refractómetro y abrir el agua.
C. Verificar la temperatura en el termómetro. La temperatura a la que se realiza la práctica se ajusta, manteniendo un flujo constante de agua, ya que el índice de refracción varía significativamente con la temperatura.
D. Abrir la caja de prismas, girando hacia arriba el prisma superior.
E. Frotar suavemente los prismas superior e inferior con algodón impregnado de acetona. Dejar secar.
F. Colocar la muestra en el prisma inferior con un gotero o una pipeta, dejando caer una o dos gotas y sin tocar el prisma con el gotero.
G. Cerrar la caja de prismas con el seguro.
H. Observar por el ocular el campo de medición.
I. Si es necesario, girar los prismas de AMICI para eliminar la franja coloreada y hacer que aparezca bien definida la frontera entre los campos luminosos y oscuro.
J. Girar el botón que se encuentra en la parte derecha del aparato para hacer coincidir la línea divisoria entre los campos con la línea de intersección de los hilos cruzados.
K. Tomar la lectura del índice de refracción en el campo de lecturas.
L. Abrir nuevamente la caja de prisma y limpiar estos con algodón impregnado de acetona. Una vez secos cerrar la caja de prismas.
M. Apagar el aparato y protegerlo del polvo.
13
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 2
ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y DENSIDAD
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
A:
B:
X es la muestra problema proporcionada por el profesor
DENSIDAD
T = °C
Pesada 1 Pesada 2 Pesada 3
micropicm / g
2micropic H Om / g
2 5micropic C H OHm / g
micropic muestram / g
Muestra Apuro a b c d e f g h i Bpuro X
AV / mL -- -- --
BV /mL -- -- --
14
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 3
VISCOSIDAD
INTRODUCCIÓN
La viscosidad, es la propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se
aplica una fuerza, los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los
fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en
movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes del fluido determina su viscosidad,
que se mide en un viscosímetro que tiene un orificio de tamaño conocido. El tiempo que
tarda en salir una cantidad determinada de líquido a través de un orificio, esta
directamente relacionado con su viscosidad.
Mientras que la viscosidad de una sustancia simple se mide con un viscosímetro de
Ostwald, la viscosidad de productos derivados del petróleo, como son los aceites
lubricantes, se mide con un viscosímetro tipo Saybolt. En particular resulta interesante
estudiar las variaciones de la viscosidad en función de la temperatura.
OBJETIVOS
1. Comprender el concepto de viscosidad y familiarizarse con las unidades en las que se
expresa.
2. Determinar la viscosidad experimental de algunos líquidos puros y aceites lubricantes.
3. Estudiar la variación de la viscosidad con el cambio de temperatura.
4. Comprender el origen de la viscosidad en términos de la teoría molecular para fluidos.
5. Desarrollar habilidades para medir la viscosidad.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. Investigue cómo se define la viscosidad.
2. Discuta el origen de la viscosidad de acuerdo a la teoría molecular de los fluidos, y la
diferencia entre fluidos Newtonianos y no Newtonianos.
3. Investigue la variación de la viscosidad con la temperatura para líquidos y para gases.
4. Comente los diferentes métodos de determinación de viscosidad y el principio en el que
se basan. Incluir viscosímetro de Ostwald.
15
5. Define la viscosidad absoluta o dinámica, viscosidad relativa, viscosidad cinemática y
las unidades en que se expresan cada una de ellas.
6. A partir de la ecuación de Poiseville deducir la ecuación para determinar la viscosidad
(utilizando un viscosímetro Ostwald).
7. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
8. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental.
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
1 Soporte universal con pinzas
1 Pinzas para bureta
1 Cronómetro*
1 Viscosímetro de Ostwald
3 Vasos de precipitados de 50 mL.
1 Vaso de Precipitados de 2 L
1 Termómetro
1 Propipeta
1 Piseta
1 Termostato o parrilla
con agitador magnético
Metanol
Etanol
*Material proporcionado por el alumno
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Colocar el viscosímetro de Ostwald dentro de un baño de agua a temperatura
constante. Ver figura 10. O bien utilice un termostato.
2. Hacer mediciones del tiempo de flujo del agua, metanol y del etanol a temperatura
ambiente.
3. Repetir el punto anterior tres veces, es decir, mida tres veces consecutivas para el
agua, tres veces consecutivas para el metanol y tres consecutiva para el etanol, todas a la
misma temperatura.
4. Repetir lo anterior a otras dos temperatura, se recomienda a 30 y 40°C aprox.
16
Figura 10. Manejo del Viscosímetro de Ostwald.
1. Verter la muestra por el extremo grueso del viscosímetro (D), en una cantidad tal que al
succionar con la perilla por el extremo delgado del aparato (E), el bulbo superior (A) y el
inferior (C) queden a la mitad de su volumen.
2. Succionar por el extremo delgado (E) con la perilla y obligar al líquido a pasar sobre la
marca (1) superior del bulbo (A).
3. Con el cronómetro, medir el tiempo que tarda la muestra en pasar de la marca superior
(1)a la marca inferior (2) de bulbo (A).
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
Todos los residuos que contengan metanol deberán ser depositados en un recipiente
etiquetado como residuos de alcoholes
Los residuos de etanol pueden ser desechados directamente en la tarja.
17
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
T1 = °C
t1 / s t2 / s t3 / s
AGUA
METANOL
ETANOL
T2 = °C t1 / s t2 / s t3 / s
AGUA
METANOL
ETANOL
T3 = °C t1 / s t2 / s t3 / s
AGUA
METANOL
ETANOL
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACION DEL REPORTE
1. Busque en la literatura el valor de la viscosidad y densidad del agua a las temperaturas
de trabajo.
2. Busque en la literatura las densidades del metanol y etanol a las temperaturas de
trabajo.
3. Con los datos anteriores determina la viscosidad relativa y cinemática del metanol y
etanol a cada temperatura. Para hacer los cálculos utilice el promedio de las tres
mediciones.
4. Explique a qué se debe la diferencia de las viscosidades de los tres líquidos.
5. Clasificar los líquidos estudiados como Newtonianos o no Newtonianos.
18
BIBLIOGRAFÍA
1. D. Farrington. Curso de Fisicoquímica Experimental. Mc.Graw Hill. México, 1972.
2. H.D. Crockfor. Laboratory Manual of Physical Chemistry. 2nd Edition. John Wiey & Sons.
USA, 1975.
3. H. S. Maron y F. C. Prutton. Fundamentos de fisicoquímica. Limusa. México. 1975.
4. I. N. Levine. Fisicoquímica. 5° Ed. McGraw-Hill, España 2004.
5. Normas. ASTM: D445-53, D567 y D446.
19
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 3
VISCOSIDAD
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
T1 = °C
t1 / s t2 / s t3 / s
AGUA
METANOL
ETANOL
T2 = °C t1 / s t2 / s t3 / s
AGUA
METANOL
ETANOL
T3 = °C t1 / s t2 / s t3 / s
AGUA
METANOL
ETANOL
20
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 4
VOLUMENES MOLARES PARCIALES
INTRODUCCIÓN
La mayoría de los estudios en el áre a de química tienen lugar en sistemas
multicomponentes y de estos los más simples son los formados por dos componentes y
una sola fase, es decir una disolución. La termodinámica de las disoluciones se define en
términos de las propiedades de mezclado, el cual nos dice como cambia una propiedad
extensiva al momento de llevar cabo la formación de la solución, por ejemplo, si se
mezclan dos o más componentes, el volumen de la solución será diferente a la suma de
los volúmenes de los componentes puros, en este caso hablamos del cambio en el
volumen de mezclado, sin embargo como ya dijimos, esta característica es valida para
cualquier propiedad extensiva, por ejemplo la Energía Libre de Gibbs, la Entalpía, La
Entropía, etc (excepto la masa).
A partir del conocimiento de las propiedades de mezclado es posible conocer las
propiedades molares parciales de cada uno de los componentes presentes en la
disolución. La propiedad molar parcial del componente i en la solución, nos dicen como
varía la propiedad molar con respecto a la adición del componente i, manteniendo la
cantidad de los demás componente invariantes, todo a temperatura y presión constantes.
Las propiedades molares parciales no solo dependen de la temperatura y presión, sino
también de la composición de la disolución. Un conocimiento completo de estas
propiedades nos permite evaluar tanto las propiedades de la disolución, como la de los
componentes que la forman en su estado puro.
Desde el punto de vista experimental, las propiedades molares parciales se pueden
determinar si se conoce primeramente la propiedad de mezclado correspondiente en todo
el intervalo de composición. En el caso del volumen de mezclado, este puede ser
fácilmente determinado si se conocen las densidades de una serie de disoluciones a
diferente composición.
OBJETIVOS
1. Comprender el concepto y la importancia de las propiedades molares parciales.
2. Determinar experimentalmente el cambio en el volumen molar de mezclado
21
3. Determinar los volúmenes molares parciales de la disolución etanol-agua.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. Mencionar en qué consisten las propiedades molares parciales.
2. Explicar qué es el volumen molar parcial y porque varía con la composición de una
mezcla.
3. ¿Cuál es la importancia de las propiedades molares parciales?
4. Describir algún método para determinar cantidades molares parciales.
5. Deducir la ecuación de Gibbs-Duhem.
6. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
7. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental.
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
1 micropcnómetro*
2 vasos de precipitado de 20 mL
9 matraces erlenmeyer de 5 o 10 mL con
tapón de hule
2 pipetas graduadas de 2 mL (1/100)
2 jeringas desechables de 3 mL con aguja*
1 termómetro
1 Piseta
1 guante de hule*
Etanol
*Material proporcionado por el alumno
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Lavar y secar perfectamente todo el material de vidrio.
2. Determinar la temperatura de trabajo.
3. Pesar el micropicnómetro vacío, después pesar lleno con agua destilada y después
lleno con etanol. Para llenar el micropicnómetro utiliza las jeringas. Para no tener que
secar el picnómetro después de pesarlo con agua, enjuágalo con un poco de etanol.
22
4. Preparar las siguientes soluciones
Solución a b c d E f g h i
2H OV / mL 1.5 1.1 0.85 0.7 0.5 0.35 0.25 0.15 0.1
2 5C H OHV / mL 0.5 0.9 1.2 1.4 1.5 1.7 1.75 1.9 2.5
NOTA. Puede cambiar los volúmenes aquí sugeridos por los que usted considere más
convenientes.
Para medir los volúmenes utilizar una pipeta graduada de 2 mL (1/100) modificada de
acuerdo a la figura 8.
5. Pesar el micropicnómetro lleno con cada una de las soluciones.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
Todos los residuos de etanol pueden ser vertidos a la tarja
RESULTADOS
T = °C
micropicm g
2micropic H Om g
2 5micropic C H OHm g
Solución a b c d e f g h i
2H OV / mL
2 5C H OHV / mL
micropic+solm / g
micropic+solm es la masa del micropicnómetro lleno con solución
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE
1. Busque en la literatura la densidad del agua a la temperatura de trabajo. Con este dato
determine el volumen del picnómetro.
23
2. Calcule la densidad del etanol.
3. Calcule 2H On y
2 5C H OHn en cada solución y con estos datos calcule 2H OX y
2 5C H OHX de
cada una de las soluciones.
4. Calcule la densidad de la disolución sol y el volumen molar de la soluciónsolV de cada
una de las soluciones, incluye al agua y al etanol puros.
5. Calcule el cambio en el volumen molar de mezclado mezV de cada una de las
muestras. Incluye al agua y al etanol puros
6. Trace un grafico mezV vs.
2 5C H OHX . Discuta el comportamiento de la curva obtenida.
7. Trace un gráfico solV vs.
2 5C H OHX
8. Ajuste la gráfica anterior a la siguiente ecuación. 2 5 2 5
2
sol C H OH C H OHV AX BX C
donde A, B y C son parámetros ajustables. NOTA. Aunque la curva parece ser una recta
no lo es.
9. Calcule nuevamente elsolV para cada muestra utilizando la ecuación del punto 8.
10. Con los datos del punto 9 determine 2H OV y
2 5C H OHV para cada una de las muestras,
incluya las sustancias puras.
11. Elabore un grafico 2H OV vs
2 5C H OHX y otro 2 5C H OHV vs
2 5C H OHX
12. Compare sus resultados con los reportados en la literatura.
24
BIBLIOGRAFÍA
1. I. N. Levine. Fisicoquímica. 5° Ed. McGraw-Hill, España 2004.
2. P. W. Atkins and J. de Paula. Physical Chemistry. Oxford University Press. 9th Edition.
USA, 2010.
3. Tong-Chun Bai, Jia Yao, and Shi-Jun Han. J. Chem. Thermodynamics. 30. 1347-1361.
1998
4. H. S. Maron y F. C. Prutton. Fundamentos de fisicoquímica. Limusa. México. 1975.
5. H. D. Crockfor, J. W. Nowell, H. W. Baird and F. W. Getzen. Laboratory Manual of
Physical Chemistry. 2nd edithion, John Wiley & Sons. USA 1976.
6. Perry’s Chemical Engineers´Handbook. 8° Edition. McGraw-Hill. 2007
7. M. Tanaka, G. Girard, R. Davis, A. Peuto and N. Bignell. Metrología. 38, 301-309, 2001.
25
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 4
VOLÚMENES MOLARES PARCIALES
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
T = °C
micropicm g
2micropic H Om g
2 5micropic C H OHm g
Solución a b c d e f g h i
2H OV / mL
2 5C H OHV / mL
micropic+solm / g
26
ACTIVIDAD EXPERIEMNTAL No.- 5
ENTALPÍA DE FUSIÓN
INTRODUCCIÓN
Podemos imaginar un sistema formado por un solo componente y dos fases, por ejemplo,
un trozo de hielo flotando en una cierta cantidad de agua líquida, dicho sistema tendrá
sólo un grado de libertad, de acuerdo a la regla de las fases de Gibbs, esto significa que
para describir un estado intensivo sólo requerimos definir una variable intensiva, ya sea T
o P. En un equilibrio sólido-líquido, podemos por ejemplo, modificar la temperatura a la
que están en equilibrio las fases, pero una vez elegida la temperatura, la presión quedará
fija. Ese punto caracterizado por la temperatura y la presión se llama punto de fusión. Una
sucesión de puntos de fusión forman una línea de transición sólido-líquido o simplemente
línea de fusión, a lo largo de esta línea coexisten en equilibrio ambas fases. En el caso del
agua la línea de fusión va desde 273.16K y 611Pa que es el punto triple (hielo I-líquido-
gas), hasta 251.15K y 207.5MPa que corresponde al punto triple (hielo I-hielo III-líquido).
Una transición de fase ocurre por una transferencia de calor entre el sistema y los
alrededores, pero sin movernos de la línea de transición, así un cambio de fase ocurre a
temperatura y presión constante y suele ir acompañado por cambios en distintas
propiedades, como por ejemplo el volumen, la entropía, y en especial estamos
interesados en el cambio de entalpía, al que algunas veces se le llama calor latente, que
es igual a la transferencia de calor que mencionamos arriba.
OBJETIVOS
1. Determinar el cambio de entalpía de fusión para el agua.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. Definir entalpía y la variación de entalpía de un proceso.
2. Investigar cómo se determina la constante del calorímetro y para qué sirve.
3. Investigar los métodos para determinar cambios de entalpía durante un proceso.
4. Describir diferentes tipos de calorímetros.
5. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
27
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
1 Frasco Dewar
1 Soportes universales
1 Aro de metal
1 Termómetro de precisión de 0 a 100 °C
1 Probeta de 100 mL.
1 Agitador de vidrio
1 Agitador magnético
1 Probeta graduada de 10 mL.
Hielo
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
CONSTANTE DEL CALORÍMETRO
1. Fijar el termómetro en el tapón horadado del frasco Dewar.
2. Medir 100 mL de agua destilada en una probeta y colocarlos en el frasco Dewar. Tapar
el frasco y medir la temperatura del agua hasta que ésta permanezca constante (aprox. 4
min), registrar el valor de esta temperatura.
3. Calentar agua destilada a una temperatura de 50°C±5°C, esperar hasta que la
temperatura permanezca constante al menos durante dos minutos, registrar el valor de
esta temperatura. Medir 100 mL de esta agua con una probeta, agregarla al frasco Dewar
y taparlo.
4. Medir la temperatura del sistema cada 30 segundos hasta que permanezca constante
(aprox 4min), registrar el valor de esta temperatura.
CALOR DE FUSIÓN
1. Medir 100 mL de agua destilada en una probeta a una temperatura de alrededor de 50
°C ±5°C y colocarlos en el frasco Dewar y tapar. Medir la temperatura hasta que se
alcance el equilibrio térmico (aprox. 4 min), registrar el valor de esta temperatura.
2. Pesar en un vidrio de reloj un trozo de hielo de aproximadamente 20 g, ( Regresar el
hielo al congelador después de pesar y esperar por 15 minutos. Junto con el hielo, colocar
el termómetro dentro del congelador para medir la temperatura. Es muy importante que el
28
hielo este a una temperatura por debajo de –10 ºC y que se conozca la cantidad exacta
de hielo agregada.
3. Añadir el hielo al frasco Dewar y medir la temperatura del sistema cada 30 segundos
hasta que permanezca constante, registrar el valor de esta temperatura.
RESULTADOS
CONSTANTE DEL CALORÍMETRO
2 , bajaH O TV / mL 2 , altaH O TV / mL 2 , bajaH O TT
/ °C 2 , altaH O TT
/ °C eqT / °C
CALOR DE FUSIÓN
2H OV / mL hielom / g 2H OT
/ °C hieloT / °C eqT /°C
ANALISIS DE RESULTADOS
1. Busque en la literatura la densidad del agua a todas las temperaturas a las que se
trabajo, así como el 2H OCp .
2. Con los datos anteriores y los registrados experimentalmente, determine la constante
del calorímetro (Considerar el 2H OCp del agua constante).
3. Busque en la literatura el hieloCp y con este dato calcule
2,f H OH , de nuevo considerar
el hieloCp constante.
29
BIBLIOGRAFÍA
1. O. Levenspiel. Fundamentos de Termodinámica. Prentice Hall Hispanoamericano S. A.
México, 1997.
2. H. D. Crockfor. Laboratory Manual of Physical Chemistry. John Wiey & Sons. USA,
1975.
3. S.H. Maron y C. F. Prutton. Fundamentos de Fisicoquímica. Limusa. México, 1975.
4. I. N. Levine Fisicoquímica Vol. 1. 5° ed. Mc Graw Hill. España, 2004.
5. D. Farrington. Curso de Fisicoquímica Experimental. Mc.Graw Hill. México, 1972.
6. Perry’s Chemical Engineers´Handbook. 8° Edition. McGraw-Hill. 2007
30
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 5
ENTALPÍA DE FUSIÓN.
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
RESULTADOS
CONSTANTE DEL CALORÍMETRO
2 , bajaH O TV / mL 2 , altaH O TV / mL 2 , bajaH O TT
/ °C 2 , altaH O TT
/ °C eqT / °C
CALOR DE FUSIÓN
2H OV / mL hielom / g 2H OT
/ °C hieloT / °C eqT /°C
31
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 6
ENTALPÍA DE EBULLICIÓN
INTRODUCCIÓN
En muy ocasiones el equilibrio se puede considerar cuando se tiene un sistema de un
solo componente, sin embargo esto es importante porque las bases para comprender el
equilibrio en sistemas multicomponentes.
Cuando se tiene un sistema formado por un componente, suelen utilizarse diagramas de
fases para ilustrar su comportamiento termodinámico. En este tipo de sistemas se suele
hablar del equilibrio de fases, que ocurre cuando el valor del potencial químico del
componente en cada fase es el mismo. Establecer equilibrio de fases implica definir la
temperatura y la presión del sistema a la cual coexisten dos o tres fases simultáneamente.
El equilibrio de fases lleva implícito el concepto de transición de fase; dichas transiciones
de fase aparecen con mucha frecuencia en nuestra vida cotidiana, desde la ebullición del
agua en una cafetera, hasta el derretimiento de los glaciares en los polos.
En este experimento solo estudiaremos con la ayuda de la ecuación de Clapeyron el
equilibrio entre un líquido y un gas, determinando las temperaturas y las presiones a las
cuales se encuentran en equilibrio; también estudiaremos los distintos modelos que
predicen el equilibrio líquido-vapor
OBJETIVOS
1. Determinar la presión de vapor, aplicando la ecuación del gas ideal.
2. Aplicar la ecuación de Clausius-Clapeyron al equilibrio liq-vap.
3. Determinar las ecuaciones de Antoine para el equilibrio líquido-vapor.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. ¿Qué es la presión de vapor?
2. Deduce la ecuación de Clapeyron e indica su importancia.
3. Integra la ecuación de Clausius-Clapeyron, indicando las aproximaciones y
suposiciones realizadas.
4. ¿Cuáles son las ecuaciones de Antoine, Harlacher y Liley?
32
5. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
1 Soporte universal
3. pinzas con nuez
1 Termómetro de precisión de 0 a 100 °C
1 Vaso de precipitados de 2 litros
1 Agitador de vidrio
1 Agitador magnético
1 Probeta graduada de 10 mL.
1 Parrilla con agitador. Hielo
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Introducir la probeta invertida al vaso de precipitados de 2 L que se ha llenado
previamente con agua. Una muestra de 4 a 4.5 mL de aire deberá quedar atrapada dentro
de la probeta. La probeta deberá quedar completamente sumergida en el agua. Ver figura
11.
2. Colocar el termómetro en el agua, el bulbo del termómetro deberá quedar a la altura del
aire atrapado en la probeta.
3. Agregar hielo al vaso hasta que la temperatura esté por debajo de 3°C, (utilice hielo
para este fin). Medir el volumen de aire atrapado en la probeta y la temperatura.
4. Retirar el hielo y agregar agua suficiente para que la probeta quede completamente
sumergida en el agua.
5. Calentar y agitar hasta que la temperatura este por encima de 30°C y volver a medir la
temperatura y el volumen.
6. Seguir calentando y agitando. Toma mediciones adicionales de temperatura y volumen.
En total se deben tener 12 lecturas, siendo la ultima por encima de 75°C.
33
Figura 11. Montaje experimental para la determinación de la presión de vapor.
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
P =
1 2 3 4 5 6 7 8 8 10 11 12
T / °C
aireV / mL
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE
1. Investigue el valor de la presión atmosférica del lugar donde llevo a cabo el
experimento.
2. Asumiendo que la presión de vapor del agua es despreciable con relación a la presión
atmosférica a bajas temperaturas. Determine airen a la temperatura más baja.
34
3. Calcule la presión parcial de aire y la presión de vapor del agua para cada lectura.
4. Elabore un gráfico de 2H OP vs T y ajustar estos datos a la ecuación de Antoine. Si tiene
duda de cómo se hace esto, pregunte a su asesor.
4. A partir del ajuste anterior y de la ecuación de Clausuis-Clapeyron, determine el
2,eb H OH a cada temperatura.
5. Elabore un gráfico 2,eb H OH vs T, y compárelo con lo reportado en la literatura.
35
BIBLIOGRAFÍA
1. P. W. Atkins and J. de Paula. Physical Chemistry. Oxford University Press. 9th Edition.
USA, 2010.
2. 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
3. I. N. Levine. Fisicoquímica. 5° Ed. McGraw-Hill, España 2004.
4. B. E. Poling, J. M. Prausnitz and J. P. O´Connell. The Properties of gases and Liquids.
Mc. Graw–Hill. 5th edition. USA 2000.
5. K. J. Laidler y J. H. Meiser. Fisicoquímica, Compañía Editorial Continental, México
1997.
6. H. S. Maron y F. C. Prutton. Fundamentos de fisicoquímica. Limusa. México. 1975.
7. Perry’s Chemical Engineers´Handbook. 8° Edition. McGraw-Hill. 2007
36
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 6
ENTALPÍA DE EBULLICIÓN
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
P =
1 2 3 4 5 6 7 8 8 10 11 12
T / °C
aireV / mL
37
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 7
PROPIEDADES COLIGATIVAS.
INTRODUCCIÓN
Cuando se agrega un soluto no volátil a un disolvente volátil, las propiedades de la
solución formada difieren de aquellas del disolvente puro. Ya que el soluto es no volátil, la
condición de equilibrio establece que el potencial químico del disolvente en la fase líquida
deber ser igual al potencial químico del disolvente en la fase vapor (puro), esto trae como
consecuencia dos cosas, la primera es que la presión de vapor de la solución es menor
que la del disolvente puro, a esto se le llama disminución de la presión de vapor, la otra
consecuencia es que la temperatura de ebullición de la solución sea mayor que la del
disolvente puro, esto se conoce como aumento en la temperatura de ebullición. Si
también se considera que el soluto y el disolvente no forman soluciones en fase sólida,
una ves más el potencial químico del disolvente en la fase líquida deber ser igual al
potencial químico del disolvente en la fase sólida (puro), la consecuencia es que la
temperatura de fusión de la solución es menor a la del disolvente puro, esto es la llamada
disminución de la temperatura de fusión. Otro fenómeno que se presenta es el de la
presión osmótica, el cual permite que una solución ascienda grandes alturas, si esta está
en contacto con el disolvente puro a través de una membrana permeable solo al
disolvente. A este conjunto de cuatro propiedades se le conoce como propiedades
coligativas. La determinación exacta de estas cuatro propiedades dependerá del modelo
que se elija para su estudio, estos pueden ser el de una solución ideal, una solución ideal
diluida o el de una solución real.
El descenso del punto de fusión es una de las propiedades coligativas de soluciones que
puede medirse con más exactitud y facilidad, aunque el procedimiento se limita a
temperaturas bajas, donde la solubilidad es menor. Lo anterior se logra mediante curvas
de enfriamiento para el disolvente puro y para la solución.
OBJETIVOS
1. Observar el descenso en la temperatura de fusión de una solución.
2. Determinar la masa molar de un soluto por medio de una propiedad coligativa.
38
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. Explica que se entiende por propiedades constitutivas y por propiedades coligativas.
Dar al menos cuatro ejemplos de cada tipo.
2. Discute cada una de las propiedades coligativas.
3. Escribe y describe las ecuaciones para calcular las propiedades coligativas
considerando a la solución como ideal y como diluida ideal.
4. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
5. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental.
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
1 Termómetro de precisión 0.1°C
2 Vasos de precipitados de 600 ml
2 Termómetros
1 Vaso de precipitados de 10 mL
1 Espátula
1 cronómetro*
1 pipeta Pasteur
1 lupa
1 Tubo de ensayo 15 x 2cm
Papel encerado
1 balanza analítica
1 Parrilla
1 Termostato
Alcohol Terbutílico
Benzofenona
*Material proporcionado por el alumno
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. En los vasos de 600 mL, preparar dos baños de temperatura constante a 40°C y 15°C
aproximadamente.
2. En el tubo de ensayo colocar 5 g de terbutanol. Es muy importante conocer la cantidad
de terbutanol que se colocó en el vaso con una precisión de 0.0001g. Nota: si el alcohol
se encuentra cristalizado, fundirlo en el baño de agua caliente, para su medición
3. Sumergir el tubo que contiene el terbutanol en el baño de agua caliente y esperar a que
la temperatura llegue a un valor entre 38 y 40 °C.
39
4. Trasferir el tubo al baño de agua fría y tome una lectura de la temperatura cada 15 s,
después de observar que la temperatura se mantiene constante durante uno o dos min.
Tomar 6 lecturas más, aún cuando la temperatura continúe disminuyendo.
5. Repetir los puntos 3 y 4 dos veces más.
6. Al tubo con terbutanol fundido agregar de 100 a 200 mg de benzofenona sólida
utilizando un papel encerando. La muestra no debe de quedar adherida a las paredes de
tubo. Es muy importante conocer la cantidad de benzofenona que se coloco en el tubo
con una precisión de 0.0001g
7. Repetir los puntos 3 y 4 por triplicado para este sistema. Nota: a diferencia del
disolvente puro, la temperatura de la solución no permanece constante durante la
cristalización,
8. En el otro tubo de ensayo colocar 5 g de terbutanol y de 100 a 200 mg de la muestra
problema. Es muy importante conocer la cantidad de terbutanol y muestra problema que
se colocan en el vaso con una precisión de 0.0001g
9. Repetir los puntos 3 y 4 por triplicado para este sistema.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
Todos los residuos se depositarán en un frasco etiquetado como residuos de alcoholes
40
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTASLES
a) terbutanol
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
t / s T / °C t / s T / °C t / s T / °C
0 0 0
41
b) terbutanol / benzofenona
terbutanolm g benzofenonam g
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
t / s T / °C t / s T / °C t / s T / °C
0 0 0
42
c ) terbutanol / muestra problema
terbutanolm g muestram g
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
t / s T / °C t / s T / °C t / s T / °C
0 0 0
43
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE
1. Trace las curvas de enfriamiento (T vs t) del disolvente y de las soluciones, y a partir de
éstas determine la temperatura de fusión del terbutanol, de la solucion terbutanol-
benzofenona y de la solución terbutanol-muestra. La temperatura de fusión para el
componente puro es aquella donde la temperatura permanece constante, aunque
después disminuya
2. Calcule la constante crioscópica Kf del terbutanol a partir de los siguientes datos
reportados en la literatura 298.5fusT K y 6.782 /fusH kJ mol .
3. Calcule la molalidad de la bezofenona en la solución que preparó.
4. Con los valores de disminución de punto de congelación obtenidos por la adición de
benzofenona y asumiendo que la solución se comporta como una solución diluida ideal,
calcule la constante crioscópica Kf y compárelo con el calculado en el punto 2.
6. Utilizando el Kf del punto 4, determine la masa molar de la muestra problema.
7. Investigue el valor de la constante ebulloscópica Kb del terbutanol y obtenga el
incremento en la temperatura de ebullición que se observaría experimentalmente con la
benzofenona.
8. ¿Qué presión osmótica generaría la adición de benzofenona?
9. ¿Cuál sería la disminución de presión de vapor del terbutanol?
44
BIBLIOGRAFÍA
1. P. W. Atkins and J. de Paula. Physical Chemistry. Oxford University Press. 9th Edition.
USA, 2010.
2. I. N. Levine. Fisicoquímica. 5° Ed. McGraw-Hill, España 2004.
3. H. S. Maron y F. C. Prutton. Fundamentos de fisicoquímica. Limusa. México. 1975.
4. B. E. Poling, J. M. Prausnitz and J. P. O´Connell. The Properties of gases and Liquids.
Mc. Graw–Hill. 5th edition. USA 2000.
5. Perry’s Chemical Engineers´Handbook. 8° Edition. McGraw-Hill. 2007.
6. http://webbook.nist.gov/chemistry/form-ser.html
7. N De Never. Physical and Chemical Equilibrium for Chemical Engineers, John Wiley &
Sons, Inc. 2nd Edithion. USA, 2002.
45
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 7
PROPIEDADES COLIGATIVAS.
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
46
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
a) terbutanol
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
t / s T / °C t / s T / °C t / s T / °C
0 0 0
47
b) terbutanol / benzofenona
terbutanolm g benzofenonam g
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
t / s T / °C t / s T / °C t / s T / °C
0 0 0
48
c )Terbutanol / muestra problema
terbutanolm g muestram g
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
t / s T / °C t / s T / °C t / s T / °C
0 0 0
49
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No- 8
SOLUCIONES IDEALES
INTRODUCCIÓN
En una solución líquida formada por los componentes A y B existen interacciones
intermoleculares, las cuales no pueden ser ignoradas. El modelo de solución ideal es
aquel en el que las moléculas de las distintas especies químicas son tan parecidas una a
otras que las moléculas de un componente pueden sustituir a las moléculas de otro
componente sin que se produzca variación alguna en las propiedades de la solución. Para
que lo anterior se cumpla, las interacciones intermoleculares entre los distintos pares de
moléculas (A-A, A-B, B-B) deben de ser iguales. En el sentido estricto de la palabra, las
soluciones ideales no existen, pero se conocen pares de componentes que tienen un
comportamiento casi igual al de una solución ideal, ejemplos de estos son los pares
Benceno-Tolueno, C2H5Cl-C2H5Br, C(CH3)4- Si(CH3)4, etc.
El modelo de solución ideal sirve como base para el estudio de las soluciones reales, las
desviaciones del comportamiento ideal se deben a las diferencias entre las interacciones
moleculares, así que estas diferencias nos proporcionan información acerca de las
interacciones.
En este experimento estudiaremos el equilibrio líquido-vapor de una solución ideal, sin
embargo, en la mayoría de las soluciones consideradas como ideales, los componentes
tienen elevada toxicidad, por lo tanto hemos optado por una solución que si bien es
considerada real, su comportamiento es lo suficientemente cercano al ideal para cumplir
nuestros objetivos.
OBJETIVO
1. Obtener datos experimentales del equilibrio liquido vapor, para una mezcla binaria ideal
y construir el diagrama de equilibrio T vs X
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. Explique qué entiende por punto de rocío y punto de burbuja.
2. Explique las diferencias entre una solución ideal y una real.
50
3. Describa el método para construir el diagrama P vs X a temperatura constante y T vs X
a presión constante para una solución ideal, en el segundo caso utilizando la ecuación de
Antoine.
4. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
5. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental.
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
1 Kit de destilación a microescala
1 termómetro
1 Pipeta graduada de 10 mL
2 Vasos de precipitados de 10 mL
1 Piseta
2 Jeringas de 3 mL nuevas*
1 Refractómetro
1 Mantilla
1 Reóstato
Metanol
*Material proporcionado por el alumno
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
ESTA SESIÓN REQUIERE EL USO OBLIGATORIO DE LENTES DE SEGURIDAD
1. En esta sesión experimental se utilizará la curva patrón de la mezcla agua- metanol que
realizaste en la práctica de índice de refracción y densidad.
2. Armar el dispositivo de destilación simple con el microkit. Ver figura 11.
3. Colocar unas piedras de ebullición en el matraz.
4. Con una pipeta graduada de 10 mL, añadir 10 mL de metanol al matraz. Calentar el
metanol y medir la temperatura de ebullición (cuando ésta permanece constante).
5. Con la misma pipeta graduada de 10 mL, añadir al matraz 1 mL de agua (tenga
cuidado al añadir el agua ya que si lo añade por las paredes, es posible que el
matraz se rompa)
6. Calentar la solución y cuando esta alcance la temperatura de ebullición (cuando ésta
permanece constante), sólo cuando esto suceda, tomar una muestra del destilado y medir
su índice de refracción, sin que la temperatura cambie, tomar una muestra del residuo que
todavía se encuentra en el matraz (utilice una jeringa) y medir su índice de refracción.
51
Regresar el destilado al matraz (tenga cuidado al regresar el destilado al matraz, ya
que si lo añade por las paredes, es posible que el matraz se rompa).
7. Añadir 2 mL de agua a la solución que se encuentra en el matraz.
8. Repetir el procedimiento del punto 4.
9. Hacer adiciones sucesivas de agua de 2 mL, 2 mL y 11 mL. En cada adición medir la
temperatura de ebullición, el índice de refracción del destilado y del residuo que quede en
el matraz.
10. Medir la temperatura de ebullición del agua como en el punto 3.
Figura 11. Dispositivo de destilación
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
Todos los residuos de metanol deberán ser depositados en un frasco etiquetado como
residuos de alcoholes
52
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
Destilación destilado residuo Teb
CH3OH --- ---
1
2
3
4
5
H2O --- ---
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE
1. Busque en la literatura los coeficientes de la ecuación de Antoine para el H2O y CH3OH.
Con estos datos elabore el diagrama T vs X a la presión donde realizó el experimento,
asuma que la solución es ideal.
2. Utilizando su curva patrón y con los índices de refracción de la fase vapor (destilado) y
de la fase líquida (residuo), Calcule 2H OX y
2H OY a cada temperatura.
3. Con ayuda de los datos anteriores, elabore el diagrama T vs X sobre el anterior, sin
olvidar los datos de los componentes puros.
4. Calcule el mezG en todo el intervalo de composición y elabore un gráfico
mezG vs
2H OX
53
BIBLIOGRAFIA.
1. Daniels F. Curso de Fisicoquímica Experimental 7ª. Ed. Mc Graw Hill, México 1972.
2.- J. M. Prausnitz. Computer Calculations for Multicomponent Vapor-Liquid Equilibra.
Prentice Hall. Inc. N.J. 1967.
3. B. E. Poling, J. M. Prausnitz and J. P. O´Connell. The Properties of gases and Liquids.
Mc. Graw–Hill. Fifth edition. USA 2000.
4. R. Balzhiser, M. Samuel and J. Eliassen, Chemical Engineering Thermodynamics.
Prentice Hall, Inc. USA. 1972.
5. 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.
54
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 8
SOLUCIONES IDEALES
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
Destilación destilado residuo Teb
CH3OH --- ---
1
2
3
4
5
H2O --- ---
55
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No- 9
AZEÓTROPO
INTRODUCCIÓN
La destilación es la común de las operaciones de separación de mezclas binarias dentro
de la industria química. El correcto diseño de las columnas de destilación requiere de
datos precisos del equilibrio líquido vapor y el uso de métodos generalizados que
predigan satisfactoriamente las propiedades de la mezcla.
La primera aproximación que se hace para estudiar el equilibrio líquido vapor es suponer
la idealidad, tanto en fase liquida como gaseosa. Las mezclas reales que se apartan un
poco de este comportamiento pueden separarse fácilmente mediante una destilación
fraccionada. Si la diferencia entre el modelo ideal y la solución real es grande, es posible
que el sistema presente lo que se llama un azeótropo, el cual ocurre cuando una solución
real se comporta como si fuera un componente puro, es decir, no se puede separar por
medio de una destilación fraccionada. En tales casos se requiere tomar en cuenta la no
idealidad de la fase líquida, si se quiere ser todavía más preciso será necesario
considerar a la fase vapor como real, sin embargo en muchos estudios del equilibrio
liquido vapor, este se realiza a presiones menores de 1 atm, lo cual permite suponer que
la fase gaseosa es ideal. En este experimento pretendemos predecir el comportamiento
de la solución asumiendo un comportamiento real, mediante los modelos de Margules y
Van Laar.
OBJETIVO
1. Obtener datos experimentales del equilibrio liquido vapor, para una mezcla binaria ideal
y construir el diagrama de equilibrio T vs X
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. Explique porqué algunas soluciones presentan desviaciones positivas y otras presentan
desviaciones negativas.
56
2. Explique qué es la actividad y el coeficiente de actividad y como se relacionan con las
propiedades de exceso y la utilidad que tienen en la descripción del equilibrio líquido
vapor.
3. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
4. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental.
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
1 Kit de destilación a microescala
1 termómetro
1 Pipeta graduada de 10 mL
2 Vasos de precipitados de 10 mL
1 Piseta
2 Jeringas de 3 mL nuevas*
1 Mantilla
1 Reóstato
1-Propanol
*Material proporcionado por el alumno
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
ESTA SESIÓN REQUIERE EL USO OBLIGATORIO DE LENTES DE SEGURIDAD
1. En esta sesión experimental se utilizará la curva patrón para la mezcla agua-propanol
que realizaste en la práctica índice de refracción y densidad.
2. Armar el dispositivo de destilación como en la figura 11.
3. Coloque unas piedras de ebullición en el matraz.
4. Con una pipeta graduada de 10 mL, añada 10 mL de agua al matraz. Caliente el agua y
mida la temperatura de ebullición (cuando ésta permanece constante).
5. Con la misma pipeta graduada de 10 mL, añada al matraz 3 mL de n-propanol (tenga
cuidado al añadir el n-propanol ya que si lo añade por las paredes, es posible que el
matraz se rompa)
6. Caliente la solución y cuando esta alcance la temperatura de ebullición (cuando ésta
permanece constante), sólo cuando esto suceda, toma una muestra del destilado y mide
su índice de refracción, sin que la temperatura cambie, toma una muestra del residuo que
todavía se encuentra en el matraz (utilice una jeringa) y mide su índice de refracción.
57
Regresar el destilado al matraz (tenga cuidado al regresar el destilado al matraz, ya
que si lo añade por las paredes, es posible que el matraz se rompa)
7. Añada 3 mL de n-propanol a la solución que se encuentra en el matraz.
8. Repita el procedimiento del punto 6.
9. Haga adiciones sucesivas de n-propanol de 4 mL, y 3 mL. En cada adición, mida la
temperatura de ebullición, el índice de refracción del destilado y de la solución que quede
en el matraz, como en el punto 6.
10. Repita el procedimiento desde el punto 1, solo que ahora de inicio coloque en el
matraz 7 mL de propanol y añada los siguientes volúmenes de agua, 0.2 mL, 0.3mL, 0.5
mL y 1 mL.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
Todos los residuos de 1-propanol deberán ser depositados en un frasco etiquetado como
residuos de alcoholes
TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
Destilación destilado residuo Teb
H2O --- ---
1
2
3
4
5
6
7
8
C3H8OH --- ---
58
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE
1. Utilizando la curva patrón y con los índices de refracción de la fase vapor (destilado) y
de la fase líquida (residuo), Calcule 2H OX y
2H OY a cada temperatura.
2.- Elabora el diagrama T vs X sin olvidar los datos de los componentes puros.
3. Busque en la literatura los coeficientes de la ecuación de Antoine para el H2O y
C3H7OH
4. Utilice la ecuación de Antoine para evaluar las presiones de vapor de los componentes
puros y calcule 2H O y 3 7C H OH para todas las composiciones.
5. Calcule el mezG y /EG RT en todo el intervalo de composición y elabore los gráficos
mezG vs 2H OX y /EG RT vs
2H OX .
6. Elabore un gráfico 2 3 7
/E
H O C H OHG RTX X vs 2H OX y a partir de este calcule los
parámetros de Margules.
7. Elabore un gráfico 2 3 7
/ E
H O C H OHRTX X G vs 2H OX y a partir de este calcule los
parámetros de Van Laar
8. Compare sus resultados con lo reportado en la literatura.
59
BIBLIOGRAFÍA.
1. Daniela F. Curso de Fisicoquímica Experimental 7ª. Ed. Mc Graw Hill, Mexico 1972.
2.- J. M. Prausnitz. Computer Calculations for Multicomponent Vapor-Liquid Equilibra.
Prentice Hall. Inc. N.J. 1967.
3. B. E. Poling, J. M. Prausnitz and J. P. O´Connell. The Properties of gases and Liquids.
Mc. Graw–Hill. 5th edition. USA 2000.
4. R.E. Balzhizer, M. R. Samuels y J. D. Eliassen. Termodinámica química para
ingenieros. Prentice Hall International. USA, 1972.
5. J. M. Smith, H. C. Van Ness y M. 5. 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.
6. C, Gabaldón, P. Marzal, J. B. Montón, and M. A. Rodrigo, J. Chem. Eng. Data 1996, 41,
1176-1180.
60
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 9
AZEÓTROPO
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
DESTILACIÓN
Destilación destilado residuo Teb
H2O --- ---
1
2
3
4
5
6
7
8
C3H8OH --- ---
61
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 10
EQUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO TERNARIO
INTRODUCCIÓN
Para realizar un diagrama de fases para un sistema formado por tres componentes
requeriríamos de 4 dimensiones, cosa que resulta imposible, pero si mantenemos
constantes dos variable, es posible realizar un diagrama bidimensional, usualmente la
temperatura y la presión son mantenidas constantes, las dos dimensiones corresponden a
las composiciones de dos de los tres componentes.
Tradicionalmente, los diagramas de fases de tres componentes se han hecho en un
diagrama triangular a temperatura y presión constante, donde cada lado del triangulo
corresponde a la composición de un componente. Dependiendo de la miscibilidad de cada
par de componentes, dependerá la forma del diagrama de fases. El caso más simple es
aquel donde los tres componentes son miscibles. El caso que nos interesa es aquel
donde un par de componentes son parcialmente miscibles. Es este caso supongamos que
mezclamos estos dos componentes, teniendo como resultado dos fases, si ahora
añadimos un tercer componente, este se distribuirá en las dos fases, aquí hablamos de
tres composiciones, una es la composición global del sistema que se calcula a partir de
las cantidades de los tres componentes que se mezclaron inicialmente, Las otras dos
composiciones corresponden a las dos fases que se formaron, si graficamos estas tres
composiciones en un diagrama triangular, estas deberán unirse por una línea recta, que
es llamada línea de unión, podemos realizar más mediciones variando las cantidades
iniciales de los tres componentes y obtener más líneas de unión. Si uniéramos los
extremos de las distintas líneas de unión el resultado es conocido como la línea de
saturación, dicha línea de saturación encierra un área (en forma de campana) dentro de la
cual existen dos fases y fuera de esta campana el sistema solo presenta una fase.
La complejidad de este tipo de diagramas crece dependiendo de la miscbilidad de cada
par de componentes.
OBJETIVOS
1. Estudiar un sistema de tres componentes líquidos, con formación de un par de líquidos
parcialmente miscible.
62
2. Determinar experimentalmente el equilibrio líquido-líquido para sistemas de 3
componentes y construir un diagrama de composición triangular.
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO
1. Investigue los diferentes tipos de equilibrio que se presentan en sistemas compuestos
de tres componentes líquidos que presentan miscibilidad parcial.
2. Describa el método para trazar gráficos en coordenadas triangulares.
3. Averigüe las densidades de cloroformo, agua y ácido acético a 25°C.
4. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental.
5. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental.
MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS
MATERIAL EQUIPO REACTIVOS
1 Soporte universal
1 Pinzas para bureta
1 Pipeta volumétrica de 1 mL
1 Pipeta volumétrica de 2 mL
2 Pipetas volumétricas de 10 mL
2 Pipetas graduadas de 2 mL (1/100)
1 Matraz erlenmeyer de 25 mL
4 Matraces erlenmeyer de 10 mL con
tapón de hule
2 vasos de precipitados de 10 mL
1 Bureta de 10 mL
1 vidrio de reloj
1 matraz aforado de 50 mL
1 Embudo de separación
3 Jeringas nuevas de 3 mL con aguja*
1 Termómetro
1 Micropicnómetro*
1 Microagitador magnético*
1 Parrila con agitador Ac. Acético
Cloroformo
Hidróxido de
sodio
Indicador de
fenolftaleina
*Material proporcionado por el alumno
63
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
DETERMINACIÓN DE LA CURVA DE SOLUBILIDAD
1. En el matraz de 25 mL, verter con una pipeta volumétrica, 2 mL de CHCl3, con una
pipeta graduada de 2 mL (1/100), añadir 0.1 mL de H2O; Agitar está mezcla y observar
cierta turbidez (esto indica la presencia de dos fases), agregar gota a gota CH3COOH
desde una pipeta graduada de 2 mL (1/100) agitando durante todo el proceso hasta que la
mezcla turbia se vuelva una solución. Las pipetas graduadas deben ser modificadas de
acuerdo a la figura 8.
2. A este mismo matraz adicionar 0.05 mL de H2O, para obtener nuevamente una mezcla
turbia, repetir la valoración con ácido acético hasta que la mezcla turbia se vuelva una
solución.
3. Repetir el mismo proceso que en los pasos anteriores, con las cantidades indicadas en
la siguiente tabla.
Mezcla a b c d e f g h i j
3CHClV / mL 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2H OV / mL (ag) 0.10 0.05 0.10 0.15 0.20 0.40 1.00 2.00 2.00 2.00
(ac) 0.10 0.15 0.25 0.40 0.60 1.00 2.00 4.00 6.00 8.00
Los volúmenes aquí mostrados pueden ser cambiados por los que considere más
apropiados. (ag) significa agregado y (ac) acumulado. El volumen de CHCl3 permanece
constante a lo largo del experimento
DETERMINACIÓN DE LAS LINEAS DE REPARTO
Preparar las siguientes mezclas en embudos de separación (utilice las pipetas
volumetricas), tapar y agitar. Dejar reposar por lo menos 90 min para que las fases se
separen. Se recomienda llevar a cabo esta parte al inicio de la sesión. Estas cantidades
son suficientes para dos equipos
Mezcla 3CHClV / mL
2H OV / mL 3CH COOHV / mL
K 10 10 2
L 10 10 6
64
1. Separar las fases (fase acuosa y fase orgánica) con ayuda de un embudo de
separación.
2. Determinar la densidad de ambas fases utilizando el método del picnómetro.
3. Preparar 50 mL de [NaOH]=0.5M. Esta cantidad de solución es suficiente para dos
equipos.
4. Valorar 1 mL de fase acuosa de la mezcla “K” con la solución de NaOH y utilizando la
fenolftaleina como indicador.
4. Repetir el procedimiento para la fase acuosa de la mezcla “L”. El volumen de la alícuota
de la fase acuosa y la concentración de NaOH pueden ser cambiados si así lo considera
necesario el profesor.
ORIENTACIÓN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
Los residuos que contengas cloroformo, deberán ser depositados en un frasco etiquetado
como residuos de cloroformo. Los residuos de ácido acético deberán se depositados en
un frasco etiquetado como solución acuosa ácida.
RESULTADOS
CURVA DE SOLUBILIDAD
T = °C
Mezcla a b c d e f g h i j
3CHClV / mL
2H OV / mL (ag)
(ac)
LINEAS DE REPARTO
Mezcla 3CHClV / mL
2H OV / mL 3CH COOHV / mL
K
L
65
micropicm g
2micropic H Om g
, ,micropic f ac Km g , ,micropic f ac Lm g
, ,micropic f org Km g , ,micropic f org Lm g
Valoración de la fase acuosa
[NaOH] = M
Mezcla alicuotaV / mL NaOHV / mL
K
L
INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE
1. Busque en la literatura las densidades del CHCl3, H2O y CH3COOH a la temperatura de
trabajo.
2. Con los datos anteriores calcule la fracción mol de cada componente de las mezclas
(de “a” a “j”).
3. Asumiendo que el agua y el cloroformo son inmiscibles y con los datos del punto 2
construya la curva de solubilidad en un diagrama triangular.
4. Calcule la composición global del las mezclas “K” y “L” y grafique estos puntos en el
diagrama anterior.
5. Calcule el 3CH COOHn en la alícuota (mezclas “K” y “L”) que valoró con NaOH.
6. Considerando que el volumen de una solución es igual a la suma de los volúmenes de
los componentes puros, determine 3CH COOHX ,
2H OX y 3CHClX en la alícuota (fase acuosa)
de las mezclas “K” y “L”. Grafique estos datos en el diagrama del punto 3.
7. A partir de las fracciones mol anteriores, las cantidades iniciales de los tres
componentes y de la densidad de la fase orgánica, calcule ,f acn para las mezclas “K” y
“L”. No confundir las cantidades de la fase acuosa, con las cantidades de la alícuota.
66
8. Con el dato anterior y las fracciones mol del punto 6, calcule 3CH COOHn ,
2H On y 3CHCln en
la fase acuosa para las mezclas “K” y “L”.
9. A partir de las cantidades iniciales y de los datos del punto anterior calcule 3CH COOHn ,
2H On y 3CHCln en la fase orgánica para las mezclas “K” y “L”.
10. Finalmente calcule 3CH COOHX ,
2H OX y 3CHClX en la fase orgánica y grafique estos datos
en el diagrama triangular. Si los resultados son correctos, las coordenadas que indican la
composición global, la composición de la fase acuosa y la composición de la fase
orgánica, se deben de unir por una línea recta.
11. Compare sus resultados con lo reportado en la literatura.
67
BIBLIOGRAFÍA.
1. R. E. Treybal. Mass Transfer operations. 3th edition. McGraw Hill, USA, 1980.
2. R. E. Treybal. Liquid Extraction. McGraw Hill, USA, 1951
3. J. C. King. Separation Processes. 2nd Edition. McGraw Hill. USA, 1981
4. Perry’s Chemical Engineers´Handbook. 8° Edition. McGraw-Hill, 2007
5. M. Urquiza. Experimentos de Fisicoquímica. Limusa-Wiley, México, 1969
6. K. P. Mischenko. Prácticas de Química Física. Mir, URSS, 1985
7. I. N. Levine. Fisicoquímica. 5° Ed. McGraw-Hill, España, 2004.
8. A. V. Brancker, T. G. Hunter and W. Nash. J. Phys. Chem. 44 (6), 683–698, 1940
68
HOJA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 10
EQUILIBRIO TERNARIO
Integrantes del equipo
1.- Prof:
2.- Grupo:
3.- Fecha:
4.-
5.-
CURVA DE SOLUBILIDAD
T = °C
Mezcla a b c d e f g h i j
3CHClV / mL
2H OV / mL (ag)
(ac)
LINEAS DE REPARTO
Mezcla 3CHClV / mL
2H OV / mL 3CH COOHV / mL
K
L
micropicm g
2micropic H Om g
, ,micropic f ac Km g , ,micropic f ac Lm g
, ,micropic f org Km g , ,micropic f org Lm g
69
Valoración de la fase acuosa
[NaOH] = M
Mezcla alicuotaV / mL NaOHV / mL
K
L
70
PROYECTO
Elaborar un proyecto escrito en el que se fundamente la organización, estructuración y
viabilidad de la propuesta de investigación, que además permita evaluar el proceso
metodológico propuesto en la solución del problema; este escrito quedará como
constancia de trabajo a ser desarrollado experimentalmente. Al finalizar el semestre
deberá entregar el informe final completo, incluyendo resultados y análisis así como las
conclusiones finales del proyecto. Los proyectos pueden ser de varios tipos
1) Rediseño o mejoramiento de un experimento de este manual.
2) Reproducción de una investigación publicada en la literatura especializada.
3) Rediseño o mejoramiento de un proceso industrial.
Los proyectos se realizaran de acuerdo a las siguientes etapas
1) DEFINICIÓN DEL PROYECTO
Esta etapa consiste en una investigación bibliográfica, hemerográfica y/o cibergráfica,
para después presentar al profesor los posibles proyectos a realizar. El profesor dará el
visto bueno en función de los objetivos y de la viabilidad, dependiendo de los recursos
materiales con los que cuenta el laboratorio.
2) PROTOCOLO DEL PROYECTO
Una vez obtenido la autorización para la realización del proyecto, se deberá entregar el
Protocolo del Proyecto, el cual debe contener lo siguiente:
a) Una carátula donde se indique Nombre del proyecto, Laboratorio, Grupo, Semestre e
Integrantes del equipo
b) Introducción
c) Antecedentes
d) Justificación
e) Planteamiento del problema e hipótesis
f) Objetivos
g) Desarrollo experimental
En el desarrollo experimental se deberá incluir la secuencia metodológica, materiales y
equipo, respecto al equipo que puede ser usado, este puede ser todo aquel que se
encuentre disponible en el laboratorio, (pH-metro, conductímetros, espectrofotómetros,
71
refractómetros, etc.), resultados esperados y/o tratamiento de los mismos y cuando el
proyecto lo permita un tratamiento estadístico.
h) Conclusiones
i) Bibliografía
En el caso de la bibliografía deberá ser presentada de acuerdo a lo siguiente:
Para libros. Autores, Titulo, Edición, Editorial, País, Año.
Para Publicaciones especializadas. Autores, Titulo de la revista, Número, Volumen,
Páginas, Año
Para Cibergrafía se deberá escribir la dirección completa indicando fecha de consulta
3) EXPERIMENTACIÓN
Por motivos de calendario, la experimentación se debera realizar en una sola sesión
experimental
4) TRATAMIENTO Y/O DISPOSICIÓN DE RESIDUOS.
5) INFORME
Al termino del proyecto los autores deberán entregar un informe el cual deberá contener el
siguiente formato
a) Nombre del proyecto
b) Autores
c) Introducción (Marco teórico)
d) Objetivos
e) Equipo, materiales y reactivos
f) Metodología
g) Resultados
h) Análisis y/o tratamiento de resultados
i) Conclusiones
j) Bibliografía
6) PRESENTACIÓN DEL PROYECTO
Los resultados del proyecto deberán ser presentados ante el grupo por todos los autores,
al término de la presentación se contará con una sesión de preguntas y respuestas. Las
respuestas dadas por los autores serán tomadas en cuenta para la evaluación.
1
____________________________
Firma del alumno
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS SECCIÓN FISICOQUÍMICA
SOLICITUD PARA PRÉSTAMO DE MATERIAL, REACTIVOS, EQUIPO MENOR Y DE APOYO
CODIGO: FPE-CQ-DEX-03-06A
No de REVISIÓN: 0
Alumno: Número de cuenta:
Equipo: Asignatura:
Práctica/proyecto: Grupo: Fecha:
Nombre del profesor:
Material, reactivo o equipo Especificación Cantidad OBSERVACIONES
top related