Determinacion Liquidos

Fenómenos de Transporte. Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular

LABORATORIO Nº 7 TRANSFERENCIA DE MATERIA Determinación del coeficiente de difusión en líquidos INTRODUCCIÓN Los procesos físicos y químicos dependen de las propiedades de los materiales involucrados. El conocimiento de los procesos difusionales y las herramientas para calcular los coeficientes de difusión son de suma importancia en la química, ya que por ejemplo, cambios en la temperatura originan modificaciones en las propiedades de la materia y factores tales como la solubilidad de un gas en un líquido o la difusión de un contaminante en un suelo pueden críticos en un proceso industrial o en la eliminación de un contaminantes.

OBJETIVO Medir el coeficiente de difusión de una solución de NaCI en agua destilada.

TEORÍA La velocidad de difusión puede ser expresada por

J = −D

dC dx

donde J es el flujo difusivo que atraviesa una unidad de área en forma perpendicular a la dirección x, y cuyas unidades son mo/es/cm2 seg dC/dx es el gradiente de concentración en la dirección x, con C en moles/cm3 y x en cm. siendo D el coeficiente de difusión cuyas unidades serán cm2/seg. Se medirá en el trabajo práctico el coeficiente de difusión de una solución 2M de NaCl en agua destilada. El equipo consta de un tubo en U en cuyo extremo tiene una pieza con 121 capilares (N) de 5 mm de longitud (L) y 1 mm de diámetro interno (d) para lograr que la difusión sea en una sola dirección. La concentración en el extremo superior del tubo es cero, mientras que en el inferior es 2 M. Así la cantidad de moles que ingresan a la solución por unidad de área es igual al flujo difusivo J multiplicado por el área de transferencia (Nπd2/4). El gradiente de concentración será igual a ΔC/L, donde ΔC es igual a 2 moles/l. El ingreso de los moles de sal al agua destilada origina un cambio en la conductividad eléctrica, por lo que se puede plantear

1

Fenómenos de Transporte. Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular 2

V dk − D ⋅ π ⋅ d N(ΔC ) = C M dt 4L

dk =

CM dt V

donde V es el volumen de agua en el recipiente externo, CM es el coefiente de variación de la conductividad eléctrica por unidad de molaridad (Ω-1 (moles/l-1)) y dk/dt es la variación de la conductividad con el tiempo (Ω-1 seg-1). Representando la conductividad en función del tiempo se puede calcular el coeficiente de difusión de la pendiente de la recta

− 4⋅L⋅V

dk =D π ⋅ d N(ΔC) ⋅ C M dt 2

EXPERIMENTAL

La celda se llena con una solución 2M de NaCl, debiéndose secar los excesos de solución de la parte exterior y de la parte de los capilares con papel de filtro. La celda se coloca y se fija en posición tal que quede paralela y 5 mm por debajo de la marca de graduación del recipiente. Luego se llena el recipiente con agua desionizada hasta la marca de la graduación. Se conecta el conductímetro al electrodo del recipiente. Se debe registrar una lectura de 10-4 o menos. Se enciende el agitador en forma suave y se lee la conductividad cada 2 minutos. Se grafica la conductividad en función del tiempo, se calcula la pendiente dk/dt y el D utilizando la tercera ecuación, con CM = 0.41. Dexperimental = 1.5 10-6 cm2/s

2