Práctica 5 Eutéctico simple Laboratorio de Fisicoquímica

Práctica 5

Eutéctico simple

Laboratorio de Fisicoquímica

RESUMEN

En la práctica se realizó el análisis experimental de muestras eutécticas, usando diferentes fracciones molares de dos compuestos distintos, en este caso, de mentol y del naftaleno puro y en mezcla. Logrando obtener un diagrama cercano al teórico con base en los datos experimentales obtenidos en la práctica, ya que, el punto eutéctico teórico del mentol y naftaleno es a los 296.86 K mientras que el punto experimental es 296.15 K.

INTRODUCCION

Un eutéctico es una mezcla de dos sustancias con un punto de fusión inferior al correspondiente a cada uno de los compuestos en estado puro, debido a que poseen alta estabilidad en estado líquido. Siendo así, la temperatura eutéctica es cuando se alcanza este punto de fusión mínimo, en que ambos se solidifican totalmente.[pic 1]

[pic 2]

En la imagen anterior, se puede observar una tabla en la que se representa una mezcla de dos sustancias distintas.

Sean las sustancias B y C miscibles en todas proporciones en la fase líquida y por completo inmiscibles en la fase sólida. Al mezclar cualesquiera cantidades de los líquidos B y C se producirá un sistema de una fase que es una solución de B más C. Como los sólidos B y C son por completo insolubles entre sí, el enfriamiento de una solución líquida de B y C provoca que ya sea B pura o C pura se congelen fuera de la solución.

En este caso, cuando el compuesto B tiene fracción molar a 0, lo que indica que la fracción molar de A es 1, tiene una temperatura de fusión alta en estado puro. Conforme se va añadiendo cantidad de sustancia a la mezcla, el punto de fusión de la mezcla va decreciendo, hasta llegar a un punto eutéctico, el cual es la temperatura inferior a la cual la mezcla puede estar en fase líquida, según la temperatura analizada. Conforme la cantidad de sustancia B va incrementando después de este punto, la temperatura de fusión también lo va haciendo, hasta que alcanza el punto de fusión de la sustancia B pura.

Para obtener una idea aproximada de la forma de las curvas DE y AE, se ignora de la dependencia de la temperatura de ΔfusHm,B y ΔfusHm,C; y se aproxima yB y yc como 1 sobre el intervalo completo de la solución.

Así, la ecuación (Ec. 1) aproximada para DE es:

[pic 3][pic 4]

La ecuación aproximada para AE se obtiene al sustituir B por C en esta misma ecuación y se obtiene a partir de establecer que XB 1 (donde B es el disolvente)

[pic 5][pic 6]

Susyituendo

[pic 7][pic 8]

Asumiendo presión constante la fracción molar es función de la temperatura, entonces:

[pic 9]

[pic 10][pic 11]

[pic 12][pic 13]

Diferenciando con respecto a x:

[pic 14][pic 15]

Donde:

[pic 16][pic 17]

Es la ecuación de Gibbs-Helmholts

Separando variables y sustituyendo 1.7 en 1.6:

[pic 18][pic 19]

El resultado de la integración es la Ecuación 1.

Por último, uno de los fenómenos importantes ocurridos durante el desarrollo de la práctica es el que ocurre cuando se agrega sal al hielo, esto es común verlo al preparar “nieve de garrafa” pero también es común verlo en países donde durante el invierno nieva y cubre las carreteras y caminos siendo frecuente agregar sal al hielo para que este se derrita, específicamente lo que ocurre, no es que el hielo se derrita sino la mezcla entre el hielo y la sal, siendo esta una mezcla eutéctica.

Lo que ocurre específicamente es, que al respetar las proporciones exactas (alrededor del 77% de sal en masa) se obtiene una mezcla que se comporta como compuesto puro, que quiere decir que existe una temperatura de fusión constante y por lo tanto se califica como eutéctica. Esta nueva temperatura de fusión eutéctica es de alrededor de -21°C (252.15 K) en otras palabras, lo que ocurre es que al combinar hielo y sal disminuye el punto de congelación del agua, el agua ya no se congela a 0°C, sino a una temperatura inferior, este fenómeno se denomina como descenso crioscópico. (Bagnoli & M. Herrera , 2016)

MATERIALES

Los materiales que se necesitaron para llevar a cabo la práctica fueron: dos vasos de precipitado de diferente tamaño cada uno, una placa eléctrica, hielo, sal de grano, un tubo de ensayo de un tamaño mayor a los tubos que contenían las muestras, un multímetro y los tubos de ensayo con la mezcla de mentol y naftaleno (tubos 6 y 9), al igual que los tubos de mentol puro (tubo 16) y de naftaleno puro (tubo 1) que fueron asignados, además de un celular para tomar video.

MÉTODOS

Primero, fue necesario preparar el sistema a utilizar, para esto, se colocaron los cuatro tubos de ensayo que fueron asignados a cada uno de los equipos, en este caso, los tubos 1, 6, 9 y 16 dentro de un vaso de precipitados (chico) con agua y se colocó sobre la placa termo-eléctrica para pasar las mezclas de fase sólida a líquida, además de llenar el otro vaso de precipitados de un tamaño mayor, con hielos molido y sal de grano. (Imagen 2.)

Una vez que los tubos colocados sobre la placa alcanzaron una temperatura aproximada a los 90°C (temperatura en la cual cambian de estar en fase sólida a líquida), se extraía cada tubo para ponerlo dentro de un tubo más grande a los tubos de ensayo y se colocaban ambos, en el sistema que contenía agua con hielos y se conectaban los cables adheridos de los tubos que contenían las muestras, al multímetro. (Imagen 3.)

Ya que el multímetro marcaba la temperatura indicada (85°C) se introducían ambos tubos de ensayo al sistema sal-hielo y se comenzaba a mezclar “como si se estuviera preparando nieve de garrafa”, una vez comenzado este procedimiento, con la ayuda de un celular se tomó el registro del descenso de la temperatura en video, de los tubos, en el caso del tubo 16 hasta los 36°C, mientras que para los tubos 1, 6 y 9 hasta los 10°C, temperaturas en las que cada mezcla estaba completamente sólida. (Imagen 4.)

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