Sistema Fenol-agua

1. Introducción

No todos los líquidos son completamente miscibles entre sí, entre este extremo y el de la inmiscibilidad casi completo se consideran pares de líquidos parcialmente miscibles, es decir, que no se mezclan en todas las proporciones a todas las temperaturas.

Este hecho se puede explicar de la siguiente manera, una muestra A a una temperatura dada se añade una pequeña cantidad de B, que se disuelve completamente y el sistema binario sigue siendo de una sola fase. Al agregar mas B, llega un momento en que ya no se disuelve. Ahora la muestra consiste de dos fases, siendo la principal una disolución de A saturada en B, y la otra, una traza de B saturada de A. La temperatura del sistema afecta a las composiciones a las que ocurren las separaciones y la coalescencia de las fases, debido a esto existen sistemas en los cuales la solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura.

A la temperatura en donde las dos capas resultan de composición idéntica y son en realidad una sola capa, se conoce como temperatura de disolución critica o temperatura de codisolución. Por encima de esta temperatura los dos líquidos resultan miscibles en todas proporciones.

En esta practica denominada "Equilibrio Liquido-Liquido: Liquidos Parcialmente Miscibles. Determinación de la Temperatura Critica del Sistema Fenol-Agua" se determinara la solubilidad del sistema a diferentes temperaturas, se deducirá la temperatura critica de la disolución fenol-Agua y la composición de la mezcla a esta temperatura, por ultimo se estudiara el efecto de ciertos aditivos como el Cloruro de Potasio, ácido Benzoico y ácido Succínico sobre la temperatura critica de la disolución.

Para poder cumplir con los objetivos planteados anteriormente se realizaran dos experiencias practicas, la primera que lleva por nombre "Determinación de la Temperatura Critica de Disolución" en la cual se añadirán a 5 tubos de ensayo 5 muestras de fenol sólido de diferentes pesos, se añadirá agua y se calentaran para observar el cambio de cada uno a transparente, y anotando la temperatura respectiva a la cual retorna la turbidez a cada tubo; la segunda experiencia es el "Efecto de Ciertos Aditivos sobre la temperatura Critica de Disolución" la cual se llevara a cabo igual que la primera solo que esta vez estarán presentes, además del agua-fenol, el Cloruro de Potasio, ácido Benzoico y el ácido Succínico.

A partir de estos experimentos y con los valores obtenidos en cada uno, sé graficaran las temperaturas vs. Composición y se determinara la temperatura critica de la solución, además se demostrara la aplicación de la regla de la palanca.

2. Objetivos

1. Determinar la solubilidad del sistema Fenol-Agua a diferentes temperaturas. Si se añaden cantidades de fenol a agua, al principio el fenol se disuelve para dar una sola fase; sin embargo, en algún punto de la adición, el agua se satura y una adición posterior de fenol produce dos capas liquidas, una rica en agua y la otra rica en fenol, esto se produce a temperatura ambiente. Al elevar la temperatura, teóricamente, los componentes muestran miscibilidad completa, y para la aparición de dos capas debe añadirse fenol.

2. Deducir la temperatura critica de la disolución Fenol-Agua y la composición de la mezcla a esta temperatura. A la temperatura critica las dos capas resultan de composición idéntica y son en realidad una sola capa. Por encima de esta temperatura los dos líquidos resultan miscibles en todas proporciones. La temperatura de disolución critica o temperatura de codisolución teórica para el sistema en estudio es de 65.9ºC.

3. Estudiar el efecto de ciertos aditivos (Cloruro de Potasio, ácido Benzoico y ácido Succínico) sobre la temperatura critica de la disolución.

Materiales Y Reactivos

Experimento #1: "Determinación de la Temperatura Critica de Disolución"

Materiales Reactivos

1 Bureta

5 Tubos de Ensayo Pirex

Algodón

1 vaso precipitado de 2 lts.

Termómetro

Espátula

Mechero

Rejilla-Trípode

Pinzas para Tubos de Ensayo Fenol Sólido, C6H6

Agua Destilada, H2O

Experimento #2: "Efectos de ciertos aditivos sobre la temperatura critica de disolución"

Materiales Reactivos

3 Tubos de Ensayo Pirex

1 vaso precipitado de 2 lts.

Termómetro

Mechero

Rejilla-Trípode

Pinzas para Tubos de Ensayo

Pipeta Volumétrica de 5 ml Cloruro de Potasio, KCl, al 10%

Ácido Succínico, C4H6O4, al 10%

Ácido Benzoico, C6H5COOH al 10%

Agua-Fenol, 34% v/ v

3. Descripción del equipo

Balanza analítica:

La balanza ha sido un instrumento utilizado tradicionalmente por los cultivadores de la química a lo largo del tiempo. Algunos autores suelen considerar la obra de Antoine Lavoisier como el punto de partida del empleo sistemático de las balanzas en química, gracias al uso del principio de conservación de la masa. En cualquier caso, podemos afirmar que el establecimiento de las leyes químicas cuantitativas a finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX supuso un mayor protagonismo de la balanza dentro de la química. El desarrollo de los métodos gravimétricos de análisis durante el siglo XIX obligó a la búsqueda de balanzas más cómodas y precisas para el trabajo cotidiano de los químicos.

Esta tiene una precisión que supera a muchas balanzas mecánicas y además permite el libre acceso al platillo. Es necesario evitar las corrientes de aire para poder apreciar las pequeñas diferencias de masa, por ello una balanza analítica consta siempre de un estuche agrupado con puertas que permiten la remoción de objetos.

4. Cálculos previos

Obtención de solución de Fenol, C6H6OH, al 10%

[C6H6OH]= n C6H6OH / Vsln despejando nVC6H6= [C6H6OH] * Vsln

Vsln= 1 L

n C6H6OH= 0.10 mol/ L * 1 L = 0.10 mol

m C6H6OH= n C6H6OH * PMC6H6OH= 0.10 mol * 95.124190 g/ mol= 9.51 g

Para obtener una solución de fenol al 10% es necesario diluir 9.51 g de fenol sólido en un vaso precipitado con una pequeña cantidad de agua destilada, luego se traspasa la mezcla a un matraz aforado de un litro donde se añadirá agua destilada hasta el aforo.

Obtención de solución de Ácido Benzoico, C6H5COOH al 10 %

[C6H5COOH]= n C6H5COOH/ Vsln, despejando n C6H5COOH= [C6H5COOH]* Vsln

Vsln= 1L

n C6H5COOH= 0.10mol/ L * 1 L= 0.10 mol

m C6H5COOH= n C6H5COOH * PM C6H5COOH= 0.10 mol *122 g/ mol= 12.2g

Para obtener una solución de ácido Benzoico al 10% es necesario diluir 12.2g del mismo en un vaso precipitado con una pequeña cantidad de agua destilada, luego se traspasa la mezcla a un matraz aforado de un litro donde se añadirá agua destilada.

Obtención de solución de Ácido Succínico, C4H6O4 al 10%

[C4H6O4]= n C4H6O4 / Vsln despejando n C4H6O4= [C4H6O4] * Vsln

Vsln= 1 L

n C4H6O4= 0.10 mol/ L * 1 L = 0.10 mol

m C4H6O4= n C4H6O4 * PM C4H6O4= 0.10 mol * 118.09142 g/ mol=12.82 g

Para obtener una solución de Ácido Succínico al 10% es necesario diluir 12.82 g del mismo en un vaso precipitado con una pequeña cantidad de agua destilada, luego se traspasa la mezcla a un matraz aforado de un litro donde se añadirá agua destilada hasta el aforo.

Metodo experimental

experimento #2: "efectos de Ciertos Aditivos sobre la Temperatura Critica de Disolución"

Datos Experimentales

Experimento #1: "Determinación de la Temperatura Critica de Disolución"

Tubos 1 2 3 4 5

Temperatura, ºC, al calentarse 56 67 69 68 44

Temperatura, ºC, al enfriarse 42 52 56 55 38

Experimento #2: "Efectos de ciertos aditivos sobre la temperatura critica de disolución"

Tubos 1 2 3

Temperatura, ºC, al calentarse 42 46 49

Temperatura, ºC, al enfriarse 38 42 44

Resultados

Experimento #1: "Determinación de la Temperatura Critica de Disolución"

Tubos 1 2 3 4 5

T, ºC, promedia 49 60 63 62 41

Moles de fenol 0.01066 0.02121 0.02655 0.03188 0.03721

Gramos de fenol 1.00354 1.99641 2.49818 2.99995 3.50173

Moles de agua 0.27750 0.22200 0.19425 0.16650 0.13875

Gramos de agua 4.99500 3.99600 3.49750 2.99700 2.49750

Moles totales 0.28816 0.24321 0.22080 0.19838 0.17596

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