SISTEMA TERNARIO Agosto 2015

SISTEMA TERNARIO DE LÍQUIDOS
OBJETIVO
El alumno obtendrá el diagrama de un sistema ternario de líquidos formado por un par de
líquidos parcialmente miscibles, las líneas de unión de este sistema y la composición global de
tres mezclas en equilibrio.
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
Al considerar un sistema de una fase y tres componentes la regla de las fases permite
f = c – p + 2 = 3 – 1 + 2 = 4 grados de libertad o varianza. Estas cuatro variables
independientes en general son presión, temperatura y dos variables de composición, ya que sólo
dos fracciones molares bastan para definir la composición del sistema. Así, la composición de un
sistema de tres componentes se puede representar en dos dimensiones a T y P constantes.
Para representar bidimensionalmente los diagramas de equilibrio de los sistemas ternarios
se utiliza el método del triángulo equilátero sugerido por Stokes-Roozeboom. En este método las
concentraciones (fracción ó porcentaje tanto en mol como en peso) de los tres componentes se
grafican sobre un triángulo equilátero considerando que la presión y la temperatura son
constantes. Cada vértice del triángulo representa al componente puro (xi = 1 ó 100%), donde i
puede ser A, B y F. Los puntos que se encuentren en cada lado del triángulo representan las
posibles combinaciones de dos componentes, así los puntos sobre la línea AB representan la
concentración de las mezclas posibles entre A y B y 0 % de F; las líneas AF y BF, darán los
porcientos entre A-F y B-F con 0% de B y 0% de A respectivamente. Cualquier punto graficado
dentro del área triangular representará la composición de un sistema que incluye a los tres
componentes.
Los sistemas que pueden resultar al mezclar tres líquidos con miscibilidad parcial relativa
entre ellos se clasifican de la siguiente manera:
Tipo 1: Formación de un par de líquidos parcialmente miscibles.
Tipo 2: Formación de dos pares de líquidos parcialmente miscibles.
Tipo 3: Formación de tres pares de líquidos parcialmente miscibles.
La siguiente explicación se dá para un par de líquidos A y B, que son parcialmente
miscible entre sí y que se encuentran a una temperatura constante. Supongase que ahora se
agrega a la mezcla binaria anterior un tercer líquido F, el cual es completamente miscible tanto
en A como en B, entonces los cambios de miscibilidad en el sistema producidos por adiciones
progresivas de F a las mezclas de A y B pueden seguirse en la Figura 1.
Los puntos a y b designan las composiciones de las dos capas líquidas que resultan de la mezcla
solo de A y B en alguna proporción global arbitraria tal como c. La línea Fc, muestra la manera
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en que dicha composición global cambia por adición de F. Cuando se añade suficiente F para
cambiar de c a c1, las composiciones de las dos capas se desplazan desde a y b hasta a1 y b1.
La línea a1-b1 que pasa a través de c1 conecta las composiciones de las dos capas a1 y b1
en equilibrio se denomina línea de unión. De manera análoga, se puede modificar la
composición global c1 para ir a c2 y a c3 al añadir F y generar a2, y a3 con las composiciones
conjugadas b2, y b3 respectivamente. En el punto c4 se ha agregado suficiente cantidad de F
provocando que sólo quede una pequeña cantidad de una de las capas conjugadas, a saber, la
capa rica en A, a4, es decir la capa rica en A está desapareciendo.
La línea de unión a5-c5 enseñaría que la composición de la capa más rica en A, a5,
desapareció y la concentración de la disolución resultante será la capa b5, éste hecho indica que
la miscibilidad total se logra no por coalescencia de las dos capas en una sola, sino por
desaparición de la más rica en A, esta miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas
tiene lugar únicamente en un punto del diagrama, D, en él las composiciones se hacen idénticas,
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y las dos disoluciones se unen en una sola fase líquida de composición constante, al punto D se
le denomina punto crítico isotérmico del sistema, punto de doblez o pliegue; y puede
obtenerse agregando F a una mezcla específica de A y B, que en el diagrama corresponde al
punto d.
Entre los ejemplos más simples de comportamiento en sistemas de tres componentes está
el del acetato de etilo- agua- ácido acético. Los pares acetato de etilo- ácido acético y agua-ácido
acético son completamente miscibles, mientras que el par agua- acetato de etilo no lo es. Si se
aumenta la temperatura, se altera la extensión y la forma de la región bifásica. Si la temperatura
se representará como una tercera coordenada, la región de las dos fases sería en forma de
rebanada.
GUÍA DE ESTUDIOS
1. Mencione los tres tipos de sistemas que se pueden generar al mezclar tres líquidos que sean
total o parcialemente miscibles entre ellos.
2. Explique la regla de las fases en un sistema ternario.
3. Describa el método para graficar sistemas de tres componentes en equilibrio en un diagrama
de Stokes-Roozeboom.
4. ¿Qué es y en qué consiste la “regla de la palanca”?
5. ¿Cómo varía un sistema ternario de líquidos al no mantener su temperatura constante?
Describa su varianza.
6. ¿Qué es el punto de pliegue?
7. ¿Qué representa la curva binodal?
8. ¿Qué representan las líneas de unión en un sistema ternario?
9. Dé tres ejemplos de sistemas ternarios.
10. Mencione algunas aplicaciones de los diagramas de los líquidos ternarios.
MATERIAL
Barras de agitación (9), embudos de separación para microescala (3), jeringas (4), matraz
Erlenmeyer de 25 mL con tapón (17), microbureta (5), pipeta graduada de 1 mL (7), pipeta
graduada de 5 mL (3), pipeteador (1), piseta (1), placa para agitación con seis posiciones (1),
placa de agitación (2), probeta de 10 mL (3), vaso de precipitado de 30 mL (4).
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REACTIVOS
Acetato de etilo, ácido acético, agua destilada, fenolftaleína, NaOH 1 M.
PROCEDIMIENTO
I. DETERMINACIÓN DE LA CURVA BINODAL
1. Afore una microbureta con agua destilada y otra con ácido acético.
En un matraz Erlenmeyer de 25 mL añada 2 mL de acetato de etilo y, utilizando la
microbureta añada 0.2 mL de agua. Coloque el matraz sobre una placa de agitación
utilizando un fondo obscuro. Puesto que estos líquidos son inmiscibles, la disolución estará
turbia.
2. Agregue ácido acético al matraz utilizando una microbureta, agite vigorosamente, la
disolución se aclarará cuando haya agregado suficiente ácido, anote la cantidad de ácido
requerido para aclarar la mezcla.
3. Repita el procedimiento agregando cada vez a la mezcla ternaria resultante: (0.1, 0.2, 0.4,
0.5, 0.5, 1.0, 0.5 y 0.5) mL de agua, anotando el volumen de ácido acético agregado para
aclarar cada mezcla (volumen acumulado).
4. Afore una microbureta con acetato de etilo y otra con ácido acético.
5. En un matraz Erlenmeyer de 25 mL agregue 3.5 mL de agua destilada y, utilizando una
microbureta añada 0.4 mL de acetato de etilo. Coloque el matraz sobre una placa de agitación
utilizando un fondo obscuro. Puesto que estos líquidos son inmiscibles, la disolución estará
turbia.
6. Agregue ácido acético al matraz utilizando una microbureta, agite vigorosamente, la
disolución se aclarará cuando haya agregado suficiente ácido, anote la cantidad de ácido
requerido para aclarar la mezcla.
7. Repita el procedimiento agregando cada vez a la mezcla ternaria resultante: (0.1, 0.2, 0.2,
0.2, y 0.2) mL de acetato de etilo, anotando el volumen de ácido acético agregado para
aclarar cada mezcla (volumen acumulado).
8. Obtenga las densidades de cada uno de los líquidos puros a la temperatura de trabajo.
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II. DETERMINACIÓN DE LAS LÍNEAS DE UNIÓN
1. Prepare en matraz Erlenmeyer de 25 mL, 10 mL de cada una de las siguientes mezclas:
Mezcla Acetato de etilo/mL Ácido Acético/mL
Agua/mL
1
4.5
1.5
4.0
2
4.5
1.0
4.5
3
4.5
0.5
5.0
2. Agite vigorosamente cada una de las mezclas durante 15 minutos utilizando una placa de
agitación con 6 centros.
3. Pese en la balanza analítica 6 matraces Erlenmeyer de 25 mL con tapón previamente
etiquetados.
4. Una vez transcurrido el tiempo de agitación, vacie el contenido de cada matraz a una probeta
de 10 mL mida y mida los volúmenes de cada fase. La fase acuosa es la inferior y la fase
orgánica la superior.
5. Transfiera el contenido de cada probeta en cada uno de los tres embudos de separación.
6. Separe la fase orgánica y fase acuosa en los matraces previamente pesados.
7. Pese los matraces tapados con cada una de las fases. Utilice la balanza analítica.
8. Pipetee alícuotas de 0.5 mL de cada fase y titule el ácido acético existente en cada fase
usando NaOH 1 M y fenolftaleína como indicador. Anote el volumen gastado de la
disolución valorante, VNaOH.
9. Lea y anote la temperatura ambiente.
10. Los residuos obtenidos en el experimento se recolectan en un contenedor debidamente
rotulado.
TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
El residuo contiene ácido acético, agua y acetato de etilo. Se mide el pH (ácido) y se
neutraliza con NaOH. El producto de la reacción será una disolución de acetato de sodio que se
puede desechar al drenaje debido a la baja concentración.
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