Anexo Tema13 1

DIAGRAMAS PRESIÓN-COMPOSICIÓN
PºV (benceno puro) = 95.1 mm Hg
PºV (tolueno puro) = 28.4 mm Hg
(Presión mm Hg)
Diagramas líquido-vapor. Disoluciones ideales
95.1
28.4
Benceno
Tolueno
Composición de la disolución (x)
04/04/2005
Bases Físicas y Químicas del Medio
Ambiente. Anexo Tema 13
1
04/04/2005
Bases Físicas y Químicas del Medio
Ambiente. Anexo Tema 13
4
(Presión mm Hg)
PºV (benceno puro) = 95.1 mm Hg
PºV (tolueno puro) = 28.4 mm Hg
Predicción de la presión de vapor de disoluciones ideales.
Las presiones de vapor de benceno y tolueno puros a 25ºC son 95.1 y
28.4 mm Hg.
Se prepara una disolución en la que las fracciones molares de benceno y
95.1
tolueno son ambas 0.5.
a) ¿Cuáles son las presiones del benceno y tolueno sobre esta
0
1
Benceno
disolución?
b) ¿Cuál es la presión de vapor total?
c) ¿Cuál es la composición del vapor en equilibrio con la disolución
benceno-tolueno?
La línea roja (
)muestra como varía la presión de vapor
del benceno con la composición de la disolución. El
benceno sigue la ley de Raoult:
Pbenceno = xbenceno * Pºbenceno
04/04/2005
a)
Bases Físicas y Químicas del Medio
Ambiente. Anexo Tema 13
2
¿Cuáles son las presiones del benceno y tolueno sobre esta disolución?
Pbenceno = xbenceno * Pºbenceno = 0.5 * 95.1 = 47.6 mm Hg
¿Cuál es la presión de vapor total? PT = Pbenceno + Ptolueno
0
c) ¿Cuál es la composición del vapor en equilibrio con la disolución bencenotolueno?
Xbenceno =
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Anexo Tema13
47.6
= 0.77
61.8
95.1
28.4
PT = 47.6 + 14.2 = 61.8 mmHg
Pbenceno = xbenceno * Pºtotal
5
PºV (benceno puro) = 95.1 mm Hg
PºV (tolueno puro) = 28.4 mm Hg
Ptolueno = xtolueno * Pºtolueno = 0.5 * 28.4 = 14.2 mm Hg
b)
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Ambiente. Anexo Tema 13
(Presión mm Hg)
PA = xA PºA
04/04/2005
Ptolueno = xtolueno* Pºtotal
Xtolueno =
Bases Físicas y Químicas del Medio
Ambiente. Anexo Tema 13
14.2
= 0.23
61.8
Tolueno 1
1
Benceno
0
La línea azul (
)muestra como varía la presión de
vapor del tolueno con la composición de la disolución. El
tolueno sigue la ley de Raoult:
Ptolueno = xtolueno * Pºtolueno
3
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Bases Físicas y Químicas del Medio
Ambiente. Anexo Tema 13
6
1
(Presión mm Hg)
¿Cuál es la composición del vapor en equilibrio con la disolución bencenotolueno? (xB = 0.5 y xT = 0.5)
95.1
(Presión mm Hg)
95.1
3
2
28.4
1
0
0.5
47.6
0.5
0
0.77
1
0.23 0
Tolueno 1
Cada valor de la P representado por esta línea es igual (3) a la suma de
las P de las dos líneas del benceno (2) y del tolueno (1).
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Ambiente. Anexo Tema 13
7
Ptolueno = xtolueno* Pºtotal
47.6
= 0.77
Xbenceno =
61.8
Xtolueno =
04/04/2005
PA = xA PºA
Pbenceno = xbenceno * Pºbenceno = 0.5 * 95.1 = 47.6 mm Hg
(Presión mm Hg)
Ptolueno = xtolueno * Pºtolueno = 0.5 * 28.4 = 14.2 mm Hg
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Ambiente. Anexo Tema 13
10
0.5
Tolueno 1
47.6
2
1
1
0.5
Tolueno 1
1
0.23 0
Benceno
Si se establecen varías líneas de equilibrio a través del intervalo de composición, se
puede formar la curva verde.
Benceno
0
Bases Físicas y Químicas del Medio
Ambiente. Anexo Tema 13
0.77
La fase vapor (a la vista de las curvas) en disoluciones ideales de dos componentes,
siempre será más rica en el componente mas volátil que la fase líquida.
En este caso, el benceno es más volátil porque es el que tiene una presión de vapor
mas alta (9531 > 28.4 mm Hg).
8
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Ambiente. Anexo Tema 13
11
¿Cuál es la presión de vapor total? PT = Pbenceno + Ptolueno
95.1
61.8
28.4
14.2
0
Tolueno 1
(Presión mm Hg)
(Presión mm Hg)
b)
28.4
0
0
PºV (benceno puro) = 95.1 mm Hg
PºV (tolueno puro) = 28.4 mm Hg
04/04/2005
95.1
4
95.1
14.2
14.2
= 0.23
61.8
La línea que une los puntos 3 y 4 es la LÍNEA DE EQUILIBRIO.
¿Cuáles son las presiones del benceno y tolueno sobre esta disolución?
28.4
Benceno
Pbenceno = xbenceno * Pºtotal
(Presión mm Hg)
a)
4
2
1
14.2
0
La línea negra (
) muestra como varía la PV total con la
composición de la disolución.
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28.4
Benceno
1
Tolueno 1
3
61.8
3
47.6
2
1
0.5
1
Benceno
28.4
0
0
95.1
LÍQUIDO
Tolueno 1
L+V
VAPOR
1
Benceno
0
El punto 3 representa el valor de la PV total y se calcula:
PV Total(3) = PV benceno(2) + PV tolueno(1) = 47.6 + 14.2 = 61.8 mm Hg
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Anexo Tema13
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Ambiente. Anexo Tema 13
9
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Ambiente. Anexo Tema 13
12
2
DIAGRAMAS TEMPERATURA-COMPOSICIÓN
110ºC
V
Se va a describir de forma diferente un equilibrio líquido-vapor en mezclas de
1
benceno-tolueno. En lugar de representar las PV en función de las composiciones
de la disolución y del vapor, representaremos la temperatura de ebullición normal,
L
(temperatura, a la que la PV total de la disolución es 1 atm).
Tebullición (benceno ) = 80ºC
PºV (benceno puro) = 95.1 mm Hg
Tebullición (tolueno) = 110.6ºC
PºV (tolueno puro) = 28.4 mm Hg
Temperatura
Si esta xB = 0.51 (de vapor de benceno) se enfría hasta que
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Ambiente. Anexo Tema 13
110ºC
13
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Ambiente. Anexo Tema 13
16
110ºC
VAPOR
Temperatura
Benceno
condense a líquido, tendremos un líquido de xB = 0.51(ver punto 2).
V
Temperatura
04/04/2005
80ºC
80ºC
Benceno
composición
Tolueno
2
XB = 0.51
Tolueno
Temperatura
110ºC
XB = 0.3
LÍQUIDO
1
Destilación fraccionada
2
80ºC
L
composición
Tolueno
Benceno
Estos dos puntos de las Tª de ebullición del tolueno y del benceno, se
Tolueno
XB = 0.3
3
4
80ºC
XB = 0.51 XB = 0.71
Benceno
unen por dos curvas. La curva del vapor siempre se encontrará por
Si se repite el proceso, es decir, se evapora la disolución con una fracción molar
encima y la del líquido por debajo (al contrario que en los diagramas
de benceno igual a 0.51y condensa el vapor. El nuevo líquido al final de la etapa
composición-presión).
2 tiene una xB = 0.71.
Repitiendo el proceso, el vapor se hace progresivamente mas rico en benceno.
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110ºC
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Ambiente. Anexo Tema 13
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V
98.6ºC
L
XB = 0.3
80ºC
XB = 0.51
Tolueno
Benceno
•Una disolución de benceno con xbenceno = 0.3, hierve a una temperatura de 98.6ºC,
este valor se obtiene extrapolando el punto en la gráfica.
•Este líquido, está en equilibrio con un vapor de benceno, su composición se puede
extrapolar en la gráfica. La fracción molar de benceno líquido igual a 0.3 está en
equilibrio con un vapor de benceno, cuya fracción molar es 0.51.
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Anexo Tema13
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