O Equilíbrio Heterogêneo

Equilíbrio Heterogêneo	Experimento 4
Hélder Carneiro
Departamento de Engenharia Química, Curso de Química Industrial, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil
Professor: Luciano Costa Almeida
Data da prática: 21/10/2016; Data de entrega do relatório: 19/11/2016

Resumo

Quando se deseja remover um soluto de um líquido, é preciso recorrer a alguma técnica de extração, sendo uma delas, a extração liquido-líquido. Este procedimento baseia-se na transferência de um soluto, de uma fase liquida para outra, de acordo com a solubilidade que o soluto apresenta em relação as duas fases. O objetivo deste trabalho foi avaliar os dados de equilíbrio de fases para o sistema água + clorofórmio + ácido acético glacial, construir o gráfico ternário desse sistema e obter os coeficientes de partição e seletividade do solvente. Os gráficos foram obtidos com sucesso e foi possível averiguar a influência da quantidade de solvente de extração no procedimento.

Palavras chaves: extração; extração líquido-líquido; coeficiente de partição.

Sumário

Resumo        

Introdução        

Metodologia        

Resultados e Discussão        

Conclusão        

Referências        

Introdução

A extração é a transferência de um soluto de um meio para um solvente. O estado físico das fases envolvidas e a reatividade do solvente definem o tipo de técnica de extração utilizada. Existem métodos de extração para as fases sólido-líquido, líquido-líquido e sólido- fluido supercrítico.

A extração líquido-líquido é um caso onde pode-se separar os componentes de uma mistura (figura 1). A técnica se baseia na transferência de um soluto, de uma fase liquida para outra fase liquida, de acordo com a solubilidade que o soluto apresenta em relação as fases liquidas.

Este tipo de extração é muito útil para a separação de compostos orgânicos, separar seletivamente uma substancia de uma mistura ou remover impurezas [2].

[pic 1]

Figura 1 – Representação do resultado de uma extração líquido-líquido.

Quando pretende-se realizar uma extração líquido-líquido, é preciso ter conhecimento sobre as equações que descrevem o equilíbrio para o sistema utilizado. O equilíbrio líquido-líquido é descrito pela igualdade dos potenciais químicos das fases, como indicado na equação 1.

[pic 2]

Onde e  são os coeficientes de atividade i nas duas fases e  as respectivas frações molares, sendo α e β as fases do sistema.[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

Dentro desta perspectiva, é importante introduzir o conceito de Coeficiente de partição. Um soluto, presente em ambas as partes de um sistema de 2 fases, vai ser mais solúvel em uma das duas quando se atingir o equilíbrio. Ao se relacionar as concentrações do soluto nas fases (eq. 2), se obtém o Coeficiente de partição (K).

         eq. 2[pic 7]

Este coeficiente indica a tendência do soluto se dissolver em uma fase ou em outra e é razoavelmente constante, desde que a quantidade de soluto seja pequena. A fase B trata-se do líquido de extração. Isso implica dizer que quanto maior for o valor de K, melhor será a extração [3].

Outro importante conceito é o de Seletividade do solvente. A Seletividade do solvente B é definida como a razão entre as razões das frações mássicas soluto/diluente no extrato e no respectivo resíduo em equilíbrio (eq. 3).

[pic 8]

A seletividade indica o quanto eficaz é o solvente B na extração. É análogo a volatilidade da destilação, ou seja, a extração é mais fácil quanto maior for  [1].[pic 9]

O solvente de extração ideal é normalmente inatingível. Os parâmetros que devem ser considerados são:

• Seletividade: afinidade com o soluto e não afinidade com o diluente.
• Imiscibilidade: com o diluente, para que a separação de fases seja facilitada.
• Densidade: quanto maior a diferença de densidades entre o solvente e diluente, melhor a separação de fase.
• Facilidade de recuperação: precisa ser recuperado (geralmente por destilação) para a reutilização e se obter um soluto com grau de pureza mais elevado.
• Outras propriedades: viscosidade, tensão superficial, estabilidade química, reatividade, toxicidade e custo.

A representação gráfica de um sistema com 3 componentes se dá através de um diagrama ternário, onde se associa a composição dos componentes em percentagem, fração molar ou fração mássica.

[pic 10]

Figura 2 – Esquema de ilustração de um gráfico ternário para componentes parcialmente miscíveis.

Os vértices do triângulo correspondem ao componente puro da mistura. As arestas representam as composições de mistura binárias. Enquanto os pontos no interior representam as misturas dos 3 componentes. No interior da área limitada pelos pontos [ACPDB] existem duas fases (líquidas) imiscíveis: o ponto A representa o limite de solubilidade do componente 3 no componente 2; o ponto B representa o limite de solubilidade do componente 2 no componente 3. Com a adição do componente 1, a composição global é representada dentro da área [ACPDB]. Um sistema ternário de composição global dada pelo ponto R apresenta-se como sendo constituído por duas fases líquidas cujas composições são dadas pelos pontos C e D. A linha reta [CRD] une duas fases em equilíbrio: uma (a fase com a composição do ponto D) mais rica no componente 3 e outra (a fase com a composição dada pelo ponto C) mais rica no componente 2. A adição do componente 1 aos sistemas binários de componentes 2 e 3 cuja composição inicial esteja compreendida entre as de A e B dá origem ao aumento da solubilidade mútua de 2 e 3, de modo que a zona bifásica vai diminuindo, até se atingir um ponto também ternário de composição dada por P, em que a solubilidade de 2 em 3 e a de 3 em 2 se igualam. O ponto P designa-se por ponto de enlace ou ponto crítico (ou plait point, em Inglês). As retas como [CD] que unem duas fases em equilíbrio são denominadas tie-lines. Conclui que a linha [ACP] é a curva de solubilidade do componente 3 no sistema constituído pelos três líquidos 1, 2 e 3, enquanto que a curva [PDB] representa os limites de solubilidade do componente 2 no sistema ternário. A curva de solubilidade limitante da zona bifásica [ACPDB] denomina-se curva binodal. No exterior da curva binodal um sistema ternário monofásico [1].