Quimica fisica biologica-quimica fisica I




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fecha de publicación04.06.2016
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QUIMICA FISICA BIOLOGICA-QUIMICA FISICA I

TRABAJO PRACTICO No5
TEMA: Isoterma de solubilidad de un sistema ternario.
OBJETIVO: Determinar la curva de solubilidad a temperatura y presión constante de un sistema ternario constituido por benceno- ácido acético -agua. Representación en coordenadas triangulares. Construcción de las líneas de unión entre las composiciones de las dos fases conjugadas en equilibrio.
FUNDAMENTO TEORICO:

Es posible tratar todos los equilibrios heterogéneos desde un punto de vista unificado por medio del principio conocido como Regla de las Fases, con el cual él numero de variables a que se encuentra sometido un equilibrio heterogéneo cualquiera, queda definido bajo ciertas condiciones experimentales definidas. En los casos de sistemas de tres componentes se conviene fijar la temperatura y presión variando solamente las composiciones del sistema; la manera de representar este sistema es mediante la utilización de un triangulo equilátero donde cada uno de sus vértices indica uno de los componentes puros, en cada lado se leerá la composición del sistema ternario.

Para ello se dibuja un triángulo equilátero cuyos lados se dividen en 100 partes iguales, de manera que cada uno de los lados representa un sistema de dos componentes y la composición de cualquier sistema ternario por medio de un punto interior al triángulo; para hallar el punto interior al triángulo de la siguiente mezcla: x% de A, y% de B y z% de C, se procede así: se mide sobre el lado AB (ver figura 1, punto P), x unidades, a partir de B(punto B´) e y unidades a partir de C sobre el lado BC (punto C´) y AC respectivamente (punto A´). El punto de intersección representa la composición ternaria citada (punto P).

El sistema de trabajo, consta de un par de líquidos parcialmente miscibles: agua y cloroformo. A temperatura ambiente y a la presión atmosférica, el gráfico completo representativo de las solubilidades mutuas es el que se muestra en la figura 2. Aplicando la regla de las fases y suponiendo temperatura y presión constantes, cuando hay una única fase líquida, el sistema tiene dos grados de libertad (los % de dos componentes) y cualquier sistema tendrá su punto representativo por encima de la curva; en cambio cuando existen dos fases líquidas, el sistema es monovariante (se necesita conocer el % de un componente para conocer la composición de la mezcla). El punto representativo de la composición del sistema total estará por debajo de la curva. (Ver figura 2). Cuando se agrega agua al cloroformo se obtiene un sistema binario homogéneo siempre que la cantidad de agua no exceda la correspondiente a la saturación que está señalada por x; el agregado posterior de agua separa el sistema en dos capas, cada una de las cuales constituye una solución saturada de un componente en el otro. La composición de estas dos soluciones saturadas está representada por los puntos x e y. Agregando ahora ácido acético, este se distribuye entre las dos capas, formando dos soluciones ternarias conjugadas, de ácido acético, agua y cloroformo cuyas composiciones están indicadas en el diagrama por los puntos b y c y la línea bac que los une. Esta línea se llama línea de unión, la cual no es paralela a la base del triángulo A (Benceno) B (ácido acético) C (agua), porque el ácido acético no se distribuye igualmente entre el agua y el cloroformo. A medida que se va agregando más ácido acético, la línea de unión se va acortando y finalmente, cuando la composición de las dos soluciones conjugadas es la misma, la línea se reduce al punto d. Este punto es un punto crítico y se lo denomina punto de pliegue, ya que por un posterior agregado de ácido acético, se obtiene una única fase líquida y se halla por debajo del punto máximo de la curva M, por no distribuirse el ácido acético igualmente en ambos líquidos.



Figura 1.



Figura 2.
MATERIAL NECESARIO: termostato, 8 erlenmeyer con tapa, buretas, ampolla de decantación.
DROGAS: ácido acético (AcH), benceno (Bz), agua destilada, hidróxido de sodio 0.5M.
NORMAS DE SEGURIDAD

Acido Acético

Características de Peligrosidad:

La sustancia es moderadamente ácida. Reacciona violentamente con oxidantes tales como trióxido de cromo y permanganato potásico. Reacciona violentamente con bases fuertes. Ataca muchos metales formando gas combustible (hidrógeno).

Condiciones que deben evitarse: Fuentes de ignición y calor.

Materiales a evitar: Oxidantes, bases y metales.

Productos de descomposición: Con metales se descompone formando gas combustible (hidrógeno).
Polimerización: No aplicable.
Los efectos de la toxicidad se relacionan con sus propiedades altamente corrosivas.

Inflamable. Provoca quemaduras graves.

El calentamiento intenso puede producir aumento de la presión con riesgo de estallido.

Las vías de entrada pueden ser:

· Inhalación: Irritación de nariz y garganta, dificultad para respirar, tos, flema.

· Contacto con la piel: Riesgo de irritaciones y quemaduras severas.

· Ojos: Irritación severa de los ojos, lesiones oculares graves.

· Ingestión: Irritación, quemadura y perforación del tracto gastrointestinal. Nauseas y vómitos. Dificultad para respirar. Moderadamente tóxico.
Condiciones de manipuleo: Evitar el calentamiento intenso. Esto puede producir aumento de la presión con riesgo de estallido. Evitar llama abierta. NO producir chispas, NO fumar. Por encima de 39ºC; sistema cerrado, ventilación y equipo eléctrico a prueba de explosiones. No comer ni beber durante el trabajo.

Condiciones de almacenamiento: Almacenar en lugar a prueba de incendio. Separado de oxidantes, bases. Mantener en lugar frío; mantener en una habitación bien ventilada. Separado de alimentos y piensos.
Primeros Auxilios:

· En caso de inhalación llevar a lugar fresco y bien aireado.

· En caso de salpicadura en los ojos, enjuague lo antes posible con agua corriente por lo menos 15 minutos manteniendo los parpados abiertos. Si no se pudieron mantener los parpados abiertos aplicar colirio analgésico en la zona afectada.

· Quitar ropa y calzado contaminados en caso de derrame (bajo una ducha si es necesario) y lave con abundante agua la piel afectada.

· En caso de ingestión, enjuague boca y suministre agua fresca. Si no estuviera consciente no suministre nada por la boca. No provocar vomito. En todos los casos consulte con un medico inmediatamente o traslade a la persona al hospital.
Medidas a tomar en caso de incendio y explosión:

Medidas de extinción apropiadas: Pulverizar con agua, espuma resistente a alcohol o dióxido de carbono.

Medidas de extinción inadecuadas: No corresponde.

Productos de descomposición: Al quemarse genera gases tóxicos e inflamables.

Equipos de protección personal especiales: Trajes aluminados de protección y equipo autónomo de respiración.

Instrucciones especiales para combatir el fuego: Mantener frío los bidones y demás instalaciones rociando con agua.
Procedimiento en caso de derrame

Precauciones personales: Protección personal completo, incluyendo equipo autónomo de respiración.
Precauciones ambientales: Solo bajo la responsabilidad de un experto eliminar el residuo con abundante agua.

Métodos de limpieza: Recoger el líquido procedente de una fuga en recipientes herméticos. Neutralizar con precaución el líquido derramado con carbonato sódico.
Benceno

Características de Peligrosidad:

Reacciona violentamente con oxidantes, ácido nítrico, ácido sulfúrico y halógenos, originando peligro de incendio y explosión. Ataca plásticos y caucho.

El vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignición en punto distante. Como resultado del flujo, agitación, etc., se pueden generar cargas electrostáticas.

La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La ingestión del líquido puede dar lugar a la aspiración del mismo por los pulmones y la consiguiente neumonitis química. La sustancia puede causar efectos en el sistema nervioso central, dando lugar a disminución de la consciencia. La exposición muy por encima del de la concentración máxima permisiva puede producir pérdida del conocimiento y muerte.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN PROLONGADA O REPETIDA: El líquido desengrasa la piel. La sustancia puede afectar a la médula ósea y al sistema inmune, dando lugar a una disminución de células sanguíneas. Esta sustancia es carcinógena para los seres humanos.
Condiciones de manipuleo: EVITAR TODO CONTACTO. Evitar las llamas, NO producir chispas, NO fumar, beber, ni comer durante el trabajo. Sistema cerrado, ventilación, equipo eléctrico y de alumbrado a prueba de explosiones. NO utilizar aire comprimido para llenar., vaciar o manipulear. Utilice herramientas manuales no generadoras de chispas.
Condiciones de almacenamiento: A prueba de incendio. Separado de alimentos y piensos, oxidantes y halógenos.
Primeros Auxilios:

En general: En todos los casos luego de aplicar los primeros auxilios, derivar al médico.
Contacto con la piel: Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse y proporcionar asistencia médica.

Contacto con los ojos: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.

Inhalación: Aire limpio, reposo y proporcionar asistencia médica.

Ingestión: Enjuagar la boca, NO provocar el vómito y proporcionar asistencia médica.
Medidas a tomar en caso de incendio y explosión:

Medidas de extinción apropiadas: Polvo, espuma o dióxido de carbono.
Medidas de extinción inadecuadas: Agua a chorros para evitar que el producto se desparrame.
Productos de descomposición: Monóxido de carbono.

Equipos de protección personal especiales: Trajes aluminados y equipo de protección autónoma de respiración.

Instrucciones especiales para combatir el fuego: Mantener los recipientes frío rociándolos con agua.
Procedimiento en caso de derrame

Precauciones personales: Protección personal adicional; traje de protección completa incluyendo equipo autónomo de respiración.

Precauciones ambientales: NO verterlo al alcantarillado.

Métodos de limpieza: Recoger, en la medida de lo posible, el líquido que se derrama y el ya derramado en recipientes herméticos, absorber el líquido residual en arena o absorbente inerte y trasladarlo a un lugar seguro.
TECNICA OPERATORIA:

A) RAMA DERECHA:

Colocar en erlenmeyer con tapa 20 g. de sistema constituido por ácido acético y agua que contengan 10, 25, 40, 60% de ácido acético. Estas soluciones se preparan vertiendo cantidades apropiadas con una bureta, teniendo en cuenta que las densidades del ácido acético y del agua son 1.051 y 0.99707 g/mL respectivamente. Colocar los vasos con las mezclas en un termostato a 25 ° y dejarlos 15 min. Después titular cada mezcla con benceno hasta turbidez permanente causada por la aparición de una segunda fase líquida. Es necesario para ello retirar brevemente cada erlenmeyer del termostato y efectuar una vigorosa agitación durante la titulación. Constatar que la turbidez sea permanente una vez vuelto el vaso al termostato. Determinar los porcentajes de cada componente para cada mezcla que presente turbidez.
B) RAMA IZQUIERDA

Colocar en erlenmeyer con tapa 20 g. de sistema constituido por ácido acético y benceno que contengan 10, 25, 40, 60% de ácido acético. Estas soluciones se preparan vertiendo cantidades apropiadas con una bureta, teniendo en cuenta que las densidades del ácido acético y del benceno son: 1.051 y 0.899 g/mL respectivamente. Colocar los vasos con las mezclas en un termostato a 25 ° y dejarlos 15 min. Después titular cada mezcla con agua hasta turbidez permanente causada por la aparición de una segunda fase líquida. Es necesario para ello retirar brevemente cada erlenmeyer del termostato y efectuar una vigorosa agitación durante la titulación. Constatar que la turbidez sea permanente una vez vuelto el vaso al termostato. Determinar los porcentajes de cada componente para cada mezcla que presente turbidez.
C) LINEAS DE UNION

Colocar en un erlenmeyer con tapa 40 g. de sistema constituido por ácido acético, cloroformo y agua que contengan 10, 20, 30 y 40 % de ácido acético en 45% en peso de benceno completando el resto con agua.

Estas soluciones se prepara vertiendo cantidades apropiadas con una bureta, teniendo en cuenta que las densidades del ácido acético y del agua son: 1.051 y 0.99707 g/mL respectivamente. Colocar los vasos con las mezclas en un termostato a 25°C y dejarlos 15 min. Después pasar las dos fases a una ampolla de decantación para separar las fases.

Se determina la densidad de cada fase por picnometría. Se toman alícuotas de 5 mL de la fase bencénica de cada solución, y se valora con el hidróxido de sodio 0.5 M usando fenolftaleína como indicador, se realiza por duplicado. Determinar la concentración de ácido acético en la fase bencénica.
CALCULOS Y RESULTADOS
A) RAMA DERECHA


VAcH(mL)

VBz(mL)

Vagua(mL)

mAcH(g)

m Bz(g)

magua(g)



%AcH

%Bz

%agua


B) RAMA IZQUIERDA

VAcHmL)

VBz(mL)

Vagua(mL)

mAcH(g)

m Bz(g)

magua(g)

(g)

%AcH

%Bz

%agua


Cada % se gráfica en el diagrama triangular, formando la línea binodal.
C) LINEAS DE UNION


%AcH

%Bz

%agua

(mL)

(mL)

C(AcH)

% AcH






Con la concentración del ácido acético y con el valor del punto mezcla se puede trazar la línea de unión.
CUESTIONARIO

1) Como se representan las composiciones en un diagrama triangular?

2) Que son las líneas de unión y el punto de pliegue?

3) Aplique la regla de las fases en las distintas zonas del diagrama para un sistema de un par de líquidos parcialmente miscibles: por encima y por debajo de la curva binodal, en el punto de pliegue y sobre la curva.

4)A que atribuye la asimetría de la curva de solubilidad del benceno-ácido acético-agua.
BIBLIOGRAFIA

-S. GLASSTONE, Tratado de Fisicoquímica.

-A. FINDLAY, The phase rule and its applications.

-DANIELS, MATHEWS, WILLIAMS. Prácticas de Química Física.

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