EQUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO DEL SISTEMA TERNARIO

EQUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO DEL SISTEMA TERNARIO:

TOLUENO –ÁCIDO ACÉTICO – AGUA

Weffer Willianny, Rueda Heidi

Laboratorio de Fisicoquímica (Sección: 62), Escuela de Ingeniería Química

Universidad de Carabobo

Profesor: Adrian Sierra

Preparador: María Gonzalez

RESUMEN

El objetivo principal de la experiencia práctica es la obtención del diagrama de equilibrio líquido-líquido del sistema ternario tolueno-ácido acético-agua, a temperatura y presión constante, y el estudio de la  distribución del acido acético entre dos fases distintas en equilibrio mediante las línea de reparto asociadas. Para la obtención del diagrama fue empleado el método del punto de niebla para lo cual se  mezclaron  volúmenes conocidos de dos componentes miscibles entre sí para posteriormente agregar el tercer componente, con vigorosa agitación, hasta que en el sistema se evidenciará turbidez. Se dice entonces que la composición obtenida en ese punto corresponde a la saturación de la mezcla y por tanto el punto pertenece a la curva binodal del diagrama. Para el análisis de distribución fueron mezcladas las soluciones obtenidas con el método anterior y separadas dichas mezclas en una fase acuosa y una orgánica las cuales siendo tituladas con hidróxido de sodio acuoso y orgánico, respectivamente, aportan una medida de la cantidad de acido acético en ellas y pudiendo con ello obtener las líneas de reparto en el diagrama. Fueron obtenidos los coeficientes de reparto de cada línea, siendoKM1 = (7,9 ± 6,6) Adim y KM2 = (4,8 ± 6,6) Adim.

Palabras claves: equilibrio líquido-líquido, soluto, miscibilidad, coeficiente de reparto.

INTRODUCCIÓN

La miscibilidad de dos componentes se ve afectada por el agrego de un tercero, siendo este para el caso de estudio,  parcialmente miscible en uno de los componentes iniciales y totalmente miscible en el otro, llegando a separar el sistema inicialmente homogéneo en dos fases y ocasionando que el compuesto que es miscible en los dos componentes tienda a repartirse en ambas fases en un grado que depende de su afinidad con los dos componentes adicionales. [1]

Este principio es empleado ampliamente,  en especial en la extracción liquido-liquido  donde  se quiere separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia de masa hacia un solvente extractor.[2]

Esta operación presenta ventajas frente a otras, como la destilación, en que no es necesario el suministro de energía para llevarse acabo. Pero a fin de evaluar su factibilidad, así como parámetros de interés en la misma, es necesario  estudiar detalladamente el equilibrio entre los componentes, esto es realizado basándose en la regla de las fases y empleando diagramas que aporten una medida de bajo que condiciones es posible la separación del sistema inicial.

METODOLOGÍA

Se prepararon cuatro soluciones de 20 mL , de ácido acético-agua variando su composición de 10 a 60% en Ácido Acético siendo dispuestas en fiolas. A las soluciones anteriores, se les agregó tolueno, agitando vigorosamente después de cada adición hasta que se observó una turbidez, el volumen empleado fue registrado. De igual manera se prepararon cuatro soluciones de ácido acético-tolueno, añadiéndoseles agua hasta su punto de turbidez. Seguidamente se hicieron 2 mezclas (1 y 2), y se separaron las fases de cada mezcla una vez decantaron, desechando la interfaz. Se tomaron 5 mL de cada fase de cada mezcla en fiolas, siendo estas pesadas antes y después de la adición. La fase fue titulada con hidróxido de sodio (NaOH) acuoso ó orgánico, según su tipo, registrando cada volumen empleado. Se realizaron tres titulaciones por cada fase de cada mezcla.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los sistemas binarios agua-acido acético y tolueno – acido         acético se presentan inicialmente homogéneos debido a la miscibilidad total de sus componentes. En el caso de la molécula de agua, esta polarizada permanentemente gracias a la densidad electrónica mayor alrededor de su átomo de oxigeno, caso similar ocurre en la molécula de acido acético que le provee un dipolo igualmente permanente, así en atención a esto las interacciones propias de cada componente individual son remplazadas con fuerzas en conjunto entre sus dipolos. La miscibilidad se acrecienta en virtud de que ambos poseen la capacidad de forma puentes de hidrogeno. [3]

En el caso del Tolueno, la parte orgánica (no polar) del acido acético explica parte de su miscibilidad en atención a fuerzas similares del tipo de VanderVaals, ocasionando dipolo inducido en ambos [3].

Así pues al contar con un par parcialmente miscible (Agua-Tolueno) y otros dos totalmente miscibles (Tolueno-Acido Acético y Agua-Acido Acético) se puede estudiar el equilibrio del sistema ternario como uno del tipo I, según lo reportado por [1]

Dicho estudio puede darse de diferentes maneras, el empleado en la experiencia es el denominado “Punto de niebla” donde es añadido  a una mezcla binaria totalmente miscible un compuesto parcialmente miscible en uno de los componentes de la mezcla. Si se adiciona el componente de forma progresiva, y con agitación vigorosa, el momento en que aparece una neblina o turbidez indica la saturación de la mezcla inicial con el compuesto añadido [4], es decir, el momento donde ya no se disuelve más de ese componente; esa situación corresponde a un punto sobre la curva binodal del diagrama triangular, si se continua agregando el componente se producirá una separación del sistema en dos fases.[2]

Los volúmenes empleados inicialmente para preparar las soluciones Ai y Ci, junto al volumen del compuesto añadido hasta la turbidez se presentan en las tablas 1 y 2

Tabla 1. Volúmenes experimentales de Acido Acético, Agua empleados para la preparación de las soluciones Ai y Volumen de Tolueno añadido hasta su punto de turbidez.

Temperatura ambiente: (29,0± 0,5) °C

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