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MEZCLAS BINARIAS DE LÍQUIDOS VOLÁTILES La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa cuando está en equilibrio con su fase líquida Recordando: Presión de vapor de una sustancia pura (a) Suponga que no hay moléculas en la fase gaseosa, la presión del vapor es cero (b) Cuando el sistema llega al equilibrio la presión del vapor se denomina “presión de vapor” presión de vapor líquido Una solución ideal es aquella donde las moléculas de las distintas especies son tan parecidas unas a otras, que las moléculas de un componente de la disolución pueden reemplazar a moléculas de otro componente sin modificar la estructura espacial o la energía de las interacciones intermoleculares de la disolución. Un ejemplo de solución ideal es el sistema benceno- tolueno La ley de Raoult establece que la relación entre la presión de vapor de cada componente en una solución ideal depende de la presión de vapor de cada componente puro y de su fracción molar en la solución. Ahora vamos a referirnos a la presión de vapor de una solución ideal conformada por dos líquidos volátiles: G L Suponga una mezcla líquida de las sustancias 1 y 2 en equilibrio con su fase gaseosa P1 = x1 P1o P2 = x2 P2o = (1 - x1)P2o P1 : Presión de vapor del componente 1 en la fase gaseosa. x1: fracción molar del componente 1 en la fase líquida P1o: presión de vapor del componente 1 puro NOTA: se acostumbra designar con el número 1 al componente más volátil Presión total: P = P1 + P2 = x1 P1o + (1 - x1)P2o que también se puede escribir: P = (P1o - P2o)x1 + P2o Ejercicio 1: los líquidos A y B forman una solución ideal. A 45 oC las presiones de vapor de A puro y B puro son 66 y 88 mmHg, respectivamente. Calcule la composición del vapor en el equilibrio con una solución líquida que contiene 36% de moles de A a 45 oC. Solución.- P = PA + PB = 23,8 + 56,3 = 80,1 mm Hg PA = xA PAo = 0,36(66) = 23,8 mm Hg PB = xB PBo = 0,64(88) = 56,3 mm Hg 30,0 1,80 8,23 === P Py AA 70,030,01 =−=By PA = 23,8 mm Hg PB = 56,3 mm Hg 45 oC xA = 0,36 xB = 0,64 yA = 0,30 yB = 0,70 ¿Si la presión atmosférica es 80,1 mm de Hg a qué temperatura hervirá la mezcla líquida en estudio? Rpta: 45 oC La presión de vapor de una mezcla líquida que contiene 36% en moles de A a 45 oC es de 80,1 mm de Hg Ejercicio 2: A 140 oC las presiones de vapor de C6H5Br y de C6H5Cl son de 496 y 940 mm Hg, respectivamente. Halle la composición de equilibrio de la fase líquida y de la fase vapor a 1 atm de presión. Asuma comportamiento ideal de la solución. Solución.- P = x1 P1o + (1 - x1)P2o 760 = x1 (940) + (1 - x1)(496) x1 = 0,595 P1 = x1 P1o = 0,595(940) = 559,3 mmHg y1=P1/P = 559,3/760 = 0,736 T(oC) 140 C6H5Cl : sustancia 1 0,595 0,736 x1 y1 Diagrama Temperatura-composición o diagrama de punto de ebullición o diagrama T-xy La relación entre temperatura y composición es compleja y para muchos sistemas se determina de forma experimental. Para sistemas ideales se puede usar la ley de Raoult pero es necesario disponer de datos de presión de vapor de los componentes puros de la mezcla. Temperatura (oC) Presión de vapor heptano (mm Hg) Presión de vapor octano (mm Hg) 98,5 760 342 100 795 354 110 1047 482 120 1367 646 126 1560 760 Ejercicio 6: Las presiones de vapor del heptano (sustancia 1) y del octano (sustancia 2) líquidos son las siguientes: Asumiendo que la mezcla líquida anterior obedece la ley de Raoult: a) Trace el diagrama del punto de ebullición (llamado también diagrama de equilibrio T-xy) para una presión total de 760 mm Hg. b) Haga un diagrama xy. V L L-V Tempera- tura Presión de vapor heptano (mm Hg) Presión de vapor octano (mm Hg) T (oC) P1o P2o x1 y1 98.5 760 342 1 1 100 795 354 0.920635 0.963033 110 1047 482 0.492035 0.677844 120 1367 646 0.158114 0.284397 126 1560 760 0 0 Gráfico1 1 1 0.9206349206 0.9630325815 0.4920353982 0.6778435026 0.1581137309 0.2843966713 0 0 x1 y1 x1; y1 Temperatura, oC Gráfica T-xy 98.5 98.5 100 100 110 110 120 120 126 126 Hoja1 Sustancia 1 heptano Sustancia 2 octano P = (P1o - P2o)x1 + P2o x1 = (P-P2o) / (P1o - P2o) y1 = P1 / P y1 = x1P1o / P P = 760 mmHg Tempera- tura Presión de vapor heptano (mm Hg) Presión de vapor octano (mm Hg) T (oC) P1o P2o x1 y1 98.5 760 342 1 1 100 795 354 0.9206349206 0.9630325815 110 1047 482 0.4920353982 0.6778435026 120 1367 646 0.1581137309 0.2843966713 126 1560 760 0 0 Hoja1 x1 y1 x1; y1 Temperatura, oC Gráfica T-xy y1 X1 y1 Gráfica x-y x1 y1 1 1 0.920635 0.963033 0.492035 0.677844 0.158114 0.284397 0 0 Gráfico1 1 0.9206349206 0.4920353982 0.1581137309 0 y1 X1 y1 Gráfica x-y 1 0.9630325815 0.6778435026 0.2843966713 0 Hoja1 Sustancia 1 heptano Sustancia 2 octano P = (P1o - P2o)x1 + P2o x1 = (P-P2o) / (P1o - P2o) y1 = P1 / P y1 = x1P1o / P P = 760 mmHg Tempera- tura Presión de vapor heptano (mm Hg) Presión de vapor octano (mm Hg) T (oC) P1o P2o x1 y1 98.5 760 342 1 1 100 795 354 0.9206349206 0.9630325815 110 1047 482 0.4920353982 0.6778435026 120 1367 646 0.1581137309 0.2843966713 126 1560 760 0 0 Hoja1 x1 y1 x1; y1 Temperatura, oC Gráfica T-xy y1 X1 y1 Gráfica x-y LEYENDA V: vapor L: líquido L-V: equilibrio líquido-vapor x1: fracción molar de benceno en la fase líquida. y1: fracción molar de benceno en la fase gaseosa. DIAGRAMA DE FASES TEMPERATURA-COMPOSICIÓN A 1 ATM DEL SISTEMA BENCENO(1) – TOLUENO(2) L V L-V T (oC) x1 y1 0 0,5 1,0 110,6 80,1 0,37 0,590,29 98,9 96,1 DIAGRAMA T-xy 1) ¿A qué temperatura hierve una mezcla líquida que contiene 37% molar de benceno y cuál es la composición del primer vapor formado? Rpta: aprox 96,1 oC y aprox 59% molar de benceno 2) ¿A qué temperatura hierve una mezcla líquida que contiene 29% molar de benceno y cuál es la composición del primer vapor? Rpta: aprox 98,9 oC y aprox 50% molar de benceno 3) ¿Es correcto decir que a 96,1 oC la fase líquida con 37% de benceno está en equilibrio con la fase vapor con 59% de benceno? Rpta: es correcto 4) ¿Cuál es la presión de vapor a 98,9 oC de una solución líquida que contiene 29% de benceno? Rpta: 1 atm 5) ¿Qué sustancia es más volátil, benceno o tolueno? Rpta: benceno 6) ¿Cuál es la temperatura de ebullición normal del benceno puro? ¿y del tolueno? Rpta: 80,1 y 110,6 oC 7) ¿Cuál es el estado más estable a 90 oC de una mezcla que contiene 10% de benceno? Rpta: líquido 8) ¿Cuál es el estado más estable a 105 oC de una mezcla que contiene 80% de benceno? Rpta: vapor MEZCLAS BINARIAS DE LÍQUIDOS VOLÁTILES� Número de diapositiva 2 Número de diapositiva 3 Número de diapositiva 4 Número de diapositiva 5 Número de diapositiva 6 Diagrama Temperatura-composición�o diagrama de punto de ebullición o diagrama T-xy Número de diapositiva 8 Número de diapositiva 9 Número de diapositiva 10 Número de diapositiva 11 Número de diapositiva 12 Número de diapositiva 13
