Desarrollo Experimental Difusión en Gases

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Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán

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Objetivos

• Comprender el fenómeno de difusión molecular, y de las propiedades de las que depende.
• Determinar el coeficiente de difusión de vapor de acetona en aire, y el del NaCl en agua teóricamente y experimentalmente.
• Comparar del coeficiente de difusión de los gases (acetona), con respecto al de los líquidos (NaCl).

Introducción  

La difusión de la materia es uno de los fenómenos de transporte, en el cual una o varias especies químicas se desplazan de una región a otra en virtud de una gradiente de potencial químico. Este proceso se lleva a cabo en la dirección que tienda a igualar el potencial químico de cada componente en todas las regiones del sistema.  En el caso de una fase homogénea, a temperatura y presión constantes la tendencia a igualar el potencial químico equivale a igualar las concentraciones.  Llevar un sistema, en fase líquida o gas a composición uniforme puede hacerse mediante mezclado mecánico, el cual se conoce como difusión turbulenta. En ausencia del movimiento conectivo producido por la agitación mecánica, la difusión de materia o transferencia de masa se conoce como difusión molecular.

Una manera de observar la difusión molecular es considerar el movimiento aleatorio de las moléculas, de acuerdo a la teoría cinética de los gases, de acuerdo a esta teoría, las moléculas se mueven con una velocidad promedio que depende de la temperatura, en su movimiento, chocan unas con otras. En cada colisión la velocidad cambia de dirección y magnitud. Al aumentar la temperatura la velocidad media de las moléculas se incrementa por lo que la velocidad de difusión aumenta, por otro lado, al aumentar la presión el número de moléculas por unidad de volumen también aumenta, por lo que el número de colisiones se incrementa retardando de esta manera, el proceso de difusión. En teoría debería disminuir con la temperatura. Esta variación no será la misma a temperaturas bajas que a altas porque a temperaturas altas se facilita la difusividad pero lo que realmente influye o explica este fenómeno es el aumento de la energía cinética debido a que al aumentar la temperatura también hay mayor número de choques. Realmente la difusividad varía más a temperaturas elevadas que a temperaturas bajas.

El coeficiente de difusión o la difusividad de masa para un gas puede ser medida experimentalmente por una celda de difusión de Arnold.

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El coeficiente de difusión, para un sistema gaseoso, puede ser medido experimentalmente en una celda de difusión. Consta de un tubo angosto parcialmente lleno con líquido puro A,  el cual se mantiene a temperatura y presión constante por medio de un baño de agua.

Un gas B se hace fluir a través del terminal abierto del tubo; debe tener una solubilidad despreciable en el líquido A al tiempo que debe ser inerte químicamente a él. El componente A se vaporiza y difunde dentro de la fase gaseosa La velocidad de vaporización de A, puede ser expresada matemáticamente en términos del flujo másico o molar.

Desarrollo Experimental

Resultados

Difusión en Gases

Difusión en Líquidos

Observaciones y Análisis de Resultados

• Para gases

Para determinar el coeficiente de difusión es gases que se esperaba se realizaron los cálculos con la ecuación de Wilke-Lee:

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Para determina el coeficiente de difusión con los datos de la experimentación a diferentes temperaturas se ocupó la ecuación dada en clase:

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Los valores obtenidos de la difusión de la acetona en aire para las diferentes temperaturas de trabajo comparados entre sí de ambas ecuaciones con lo reportado en la literatura fueron:

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