DETERMINAÇÃO DO DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DE SISTEMAS CONSTITUÍDOS POR TRÊS SUBSTÂNCIAS

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE

CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR A DISTÂNCIA DO ESTADO

DO RIO DE JANEIRO - CEDERJ

RELATÓRIO

DETERMINAÇÃO DO DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DE SISTEMAS CONSTITUÍDOS POR TRÊS SUBSTÂNCIAS

Marcela Lopes de Moura Quina

Matrícula:15211070041

 

Pamela Da Costa Lima Pires

Laboratório de Físico Química

(Maio/2022)

1. INTRODUÇÃO

Equilíbrio Líquido-Líquido

Dois líquidos puros, ao serem misturados, podem formar uma única fase homogênea ou duas fases, cada qual com uma composição desses dois líquidos. Isso acontece devido ao fato de que a mistura busca a formação mais estável. Quando esse estado é atingido, diz-se que esse sistema encontra-se em equilibro líquido-líquido. Um estado de equilíbrio termodinâmico, que é buscado por todos os sistemas, é aquele que apresenta um mínimo de energia livre de Gibbs. Quando se misturam duas substancias, define-se dG como a diferença da energia livre de Gibbs da solução e dos compostos puros. Se for menor do que zero, forma-se uma solução monofásica homogênea. Caso contrário, a formação de duas ou mais fases será mais estável.

Em outras palavras: muitos pares de espécies químicas ou líquidos puros, quando misturadas em certa composição/ proporções apropriadas a certas temperaturas e pressões, acabam não formando uma única fase líquida, mas duas fases líquidas com diferentes composições. Este fato acontece devido ao estado bifásico ser mais estável que o estado monofásico. Consequentemente, tais sistemas se dividem em duas fases líquidas com composições diferentes. Se essas fases estão em equilíbrio, o fenômeno é um exemplo de equilíbrio líquido-líquido (ELL), que é importante em muitas operações industriais como a extração com solventes (SMITH et al., 2000).

O processo de separação envolve o uso de sistemas compostos de no mínimo três substâncias, e embora a maior parte das fases insolúveis seja quimicamente muito diferente, após o equilíbrio, geralmente os três componentes estão presentes, em quantidades diferenciadas, em ambas as fases (TREYBAL, 1980). Se os três componentes do sistema se misturam em todas as proporções formando soluções homogêneas, não há interesse para a extração em fase líquida. Os sistemas de importância nesta extração são aqueles que ocorrem imiscibilidade. Assim, para o equilíbrio líquido-líquido, o interesse está na parte heterogênea da mistura, na qual o sistema é instável, ou seja, no qual não é possível a coexistência dos três componentes numa única fase, ocorrendo à separação do sistema em duas fases (HACKBART, 2007). O conhecimento do equilíbrio de fases, com ou sem reações químicas simultâneas, é claramente importante no projeto e análise de uma grande variedade de operações de processamento químicas (BURGOS-SOLÓRZANO et al., 2004).

Diagramas de Fases

Através dos diagramas de fase é possível identificar e descrever as condições da separação de fase dos líquidos com relação às suas composições e temperaturas envolvidas na mistura em equilíbrio. Em um sistema formado por dois componentes, as duas substâncias podem combinar-se em certa proporção formando-se uma fase líquida. Os componentes possuem, nesse caso, uma miscibilidade homogênea ou completa. É possível que em outras condições, as duas substâncias não se misturem completamente, o que é a chamada miscibilidade parcial, formando duas fases. As composições das fases em equilíbrio são obtidas do gráfico da temperatura – composição pela intersecção de uma linha de temperatura constante (tie-line) com as fronteiras da curva binodal. Quando as substâncias não se misturam em nenhuma proporção, ocorre a imiscibilidade total (CAETANO, 2003). No diagrama triangular as composições são normalmente dadas em frações mássicas. De acordo com Treybal (1980), os dados de equilíbrio líquido-líquido podem ser representados em diagramas a temperatura constante, na forma de um triângulo, como ilustrado na Figura abaixo. Nesse tipo de figura, é representada uma mistura ternária, onde o componente 1 se dissolve completamente em 2 e 3, mas os componentes 2 e 3 dissolvem-se de forma limitada e são apresentados no diagrama de equilíbrio pela linha de base ou de solubilidade mútua. A curva ACPDB é denominada de curva binodal e indica a mudança de solubilidade das fases 2 e 3 com a adição de 1. Qualquer mistura fora da curva ACPDB será uma solução homogênea. Também, qualquer mistura dentro da curva, como, por exemplo, a mistura R, formará duas fases líquidas insolúveis com as composições indicadas em R (rica no componente 2) e (rica no componente 3). A linha CD é uma linha de amarração, ou tie-line, que deverá passar necessariamente pelo ponto R, que representa a mistura como um todo, ou seja, as linhas que unem os extratos e os resíduos em equilíbrio,

   . O ponto P, conhecido como ponto crítico ou plait point, representa a última linha de amarração e o ponto onde as curvas de solubilidade das fases ricas nos componentes 2 e 3 se encontram. Ou seja, nele tem-se um extrato e um resíduo em equilíbrio com a mesma   composição, o   que   implica   que, para   estas   condições, a   extração   é impossível.

O   sistema   ternário   representado   na   Figura   abaixo   é   do   tipo   I (uma   só   zona   de miscibilidade parcial). Existem sistemas com duas ou três zonas de miscibilidade parcial.

[pic 1]   [pic 2]   

Figura- Diagramas triangulares esquemáticos de equilíbrio líquido-líquido.

1. OBJETIVO

Obter dados sobre sistemas a três componentes líquidos, em que dois deles são apenas parcialmente miscíveis entre si e os outros pares possíveis de líquidos apresentam completa miscibilidade.

1. PARTE EXPERIMENTAL

Inicialmente, preparou-se em tubos de ensaio providos de rolha as seguintes misturas binárias (clorofórmio e água) iniciais:

Nº do tubo	1	2	3	4	5	6	7	8
V(água)/mL	9,0	8,0	7,0	6,0	5,0	4,0	3,0	2,0
V(clorofórmio)/mL	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0

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