Equilibrio Vapor-liquido De Una Mezcla Binaria

DETERMINACIÓN DEL AZEOTROPO DE HCl/H2O

POR DESTILACIÓN SIMPLE

INTRODUCCIÓN

Muchas de las operaciones industriales como la extracción, la absorción o la destilación, por mencionar algunas, relacionan varias fases coexistiendo en equilibrio. Se reconoce al equilibrio como una condición estática donde, con el tiempo, no ocurre cambio alguno en las propiedades macroscópicas de un sistema [1].

El equilibrio puede representarse mediante diagramas de fases que sirven al ingeniero químico como herramienta para la comprensión de procesos de separación como los mencionados anteriormente [2].

El objetivo de esta práctica es obtener y analizar el diagrama de temperatura - composición de las fases líquido y vapor mediante la destilación de la mezclas agua – ácido clorhídrico, y comprender el tipo de purificación más eficiente para la separación en sus componentes individuales (HCl(v) y H2O(l)).

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

Equipo para la destilación

Se armó un equipo de destilación simple, para el cual fue necesario utilizar un matraz de destilación con una capacidad de 500 ml; se utilizó también un termómetro con un rango de -10 °C – 110 °C. Se acopló un condensador Liebig al tubo de desprendimiento lateral del matraz para la circulación del vapor condensado; todo esto montado con la ayuda de soportes universales.

Destilación de la mezcla binaria

La solución consistió en una mezcla 2:5 de HCl (36 % en peso) y agua destilada, constituyendo un volumen total de 70 ml. Se aplicó calor a la mezcla hasta obtener aproximadamente 2.5 ml de un primer destilado cuando la temperatura se mantuviese constante. Se suspendió el calentamiento para tomar 2.5 ml del residuo en el matraz. Antes de destilar nuevamente, se añadió una cantidad de HCl igual a la extraída del residuo. El procedimiento anterior se repite de cinco a diez veces.

Determinación de la concentración del destilado y residuo.

Una vez obtenidos las muestras de residuo y destilado, se prosiguió con la titulación de cada una de ellas con una solución de NaOH 0.4 M como titulante; se tomaron alícuotas de 1 ml y se empleó azul de bromotimol como indicador.

Obtención del diagrama T – X de vapor/líquido

Teniendo las concentraciones molares del destilado y del residuo, se requirió la conversión de éstas a fracción molar del soluto (HCl) en la solución (ver cálculos en Anexo A). Una vez obtenidas las fracciones, y tabuladas con sus respectivas temperaturas, se representaron en un diagrama T – X.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Diagrama de fases vapor – líquido

En el gráfico mostrado en la Figura 1, se representa la variación de la temperatura de ebullición con respecto a la fracción molar de la mezcla. Se muestra una línea de tendencia aproximada a los datos obtenidos de las fases vapor y líquido, que se relacionan en un punto cuando la temperatura se ubica entre 108 °C y 110 °C, con una fracción entre 0.10 y 0.12.

Características similares son descritas por Peter Atkins y Julio De Paula [3] para una mezcla de HCl/H2O que a 108.6 °C, con una fracción de 0.1104 (ver cálculo en Anexo A) de HCl, presenta carácter azeotrópico.

CONCLUSIONES

La mezcla de ácido clorhídrico – agua forma un azeótropo cuando la fracción de HCl en la solución está entre 0.10 y 0.12, a una temperatura de 108 °C-110 °C, cuando la presión es igual a 1 atm. Cuando la mezcla posee estas características, no es viable su separación por el método de destilación simple y es necesario la aplicación de una destilación azeotrópica.

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