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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
ACADEMIA DE OPERACIONES UNITARIAS
LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA
Practica 3
“DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE
DE DIFUSIÓN MOLECULAR DE UNA
ESPECIE EN SOLUCIÓN”
GRUPO: 2IV
INTEGRANTES:
BAUTISTA BRAVO MARISOL
GUEVARA NAVARRETE ITZEL ALEXA
GARDUÑO VAZQUEZ ERIVAN EDUARDO
PROFESOR: MARIA TERESA VIEYRA EUSEBIO
FECHA DE ENTREGA: 16 DE JUNIO 2023
OBJETIVO GENERAL
Determinar experimentalmente el coeficiente de difusión molecular de una especie en solución a temperatura ambiente por medio de mediciones de conductancia eléctrica, y comparar el dato obtenido con lo reportado en referencias bibliográficas. OBJETIVOS PARTICULARES
- Conocer y entender el fenómeno de transferencia de masa, además de determinar las variables que influyen en ésta.
- Conocer los principios físicos de la difusión molecular
- Conocer y comprender la primera ley de Fick INTRODUCCIÓN Transferencia de masa Cuando un sistema tiene dos o más sustancias cuya concentración varía de un punto a otro, se presentará una tendencia natural para minimizar las diferencias de concentración. A este fenómeno se le conoce como transferencia de masa, el cual está presente en la vida diaria: al disolver azúcar en una bebida, agregar sal en la cocción de la comida. En la industria toma un carácter más importante puesto que en diferentes operaciones unitarias se lleva a cabo la transferencia de masa (destilación, absorción, evaporación, etc.), ya sea para purificar un componente, homogeneizar una mezcla o separar sustancias toxicas de un efluente. Existen dos formas de transporte de materia: la difusión convectiva debida a los medios mecánicos que puedan provocar movimiento al interior del fluido por esfuerzos de cizalla, y la difusión molecular en la cual la transferencia de materia que se debe al movimiento molecular (movimiento browniano), esto se puede describir con la primera ley de Fick. JAz = - DAB ΔC ΔZ Donde: jAz: Flux de masa [=] 𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑚 2 𝑠 DAB: coeficiente de difusión de la especie A en la especie B [=] 𝑚2/𝑠 CA: concentración de la especie A [=] 𝑘𝑚𝑜𝑙⁄𝑚 3 z: dirección en la cual se está transportando la especie A [=] m Ecuación 1 : ley de Fick
DIAGRAMA DE BLOQUES
CURVA DE CALIBRACIÓN
Ilustración 3 Tabla 1 : datos de referencia x y 0,08 0, 0,17 0, 0,26 0, 0,35 0, 0,43 0, 0,51 0, 0,58 0, 0,66 0, 0,73 0, 0,79 0, 0,86 0, 0,92 0, 0,98 0, 1,04 0, 1,1 0, 1,16 0, Preparar una sol´n de NaCl al 2M Enjuagar el recipiente, agitador magnético, porta muestra y difusor con agua destilada. Introducir el agitador magnético dentro del contenedor y colocarlo sobre la parrilla de agitación. Agregar agua destilada hasta la marca negra, medir el volumen de agua. Conectar el electrodo al conductímetro, calibrar e introducir al contenedor. Llenar el difusor con la sol´n de NaCl hasta el borde, y colocar el capilar sin que se quede alguna burbuja. Encender la parilla de agitación, medir la conductividad y tomar lectura. Introducir el difusor al contenedor y a partir de esto ir tomando lecturas de conductividad en el tiempo que indique el docente. Una vez concluido el experimento enjuague todo el material con agua destilada. y = - 0.3872x^2 + 0.6462x + 0. R² = 0. 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1. Concentración de NaCl (g/L) Conductancia (mS)
Curva de calibración
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES
tiempo (s) conductancia (ms) 0 0 5 0. 0 0. 15 0. 20 0. 25 0. 30 0. 60 0. 300 0. 600 0. 900 0. 1200 0. 1500 0. 1800 0. 2100 0. 2400 0. 2700 0. Tabla 2 : datos obtenidos de la experimentación SECUENCIA DE CALCULOS
- Una vez graficada la curva de calibración resulta la siguiente ecuación polinómica: Donde x=conductancia experimental y y= concentración en g/L experimentales
- Sustituyendo los valores obtenidos en el segundo 10 en la ecuación 2 Conductancia seg 10= 0. y = - 0 .3872(0.06)^2 + 0.6462(0.06) + 0. 0133 y = 0.0 506 g/L
- Como los resultados anteriores se dan en g/L y lo necesitamos en mol/L, se tiene que dividir entre su masa molar del soluto. MM NaCl= 58.44 g/mol y = - 0,3872x^2 + 0,6462x + 0, Ecuación 2
- Por ultimo para calcular el coeficiente de difusión del NaCl en el agua tomamos como referencia la Ley de Fick (ecuación 1) : J = - DAB ΔC ΔZ despejando el coeficiente tenemos: DAB = −J ΔC ΔZ DAB = − 0. 05475 mol/sm 2 − 399. 8200 molL/m = 1.3493X10-^3 m^2 /s TABLA DE RESULTADOS Tabla 3 Tabla de datos experimentales tiempo (s) conducta ncia (ms) C (g/L) (^) M(mol/L) ΔC (mol/L) ΔC ΔZ (molL/m) n(mol)^ J mol/sm^2 DAB(m^2 /s) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0.05 0.04464 0.76389𝑥 10 −^3 - 1.9992 - 399.8472 4.58334𝑥 10 −^4 0.9646 2.4124𝑥 10 −^3 10 0.06 0.05068 0.86721𝑥 10 −^3 - 1.9991 - 399.8200 5.20326𝑥 10 −^4 0.5475 1.3693𝑥 10 −^3 15 0.06 0.05068 0.86721𝑥 10 −^3 - 1.9991 - 399.8200 5.20326𝑥 10 −^4 0.3650 0.9129𝑥 10 −^3 20 0.06 0.05068 (^) 0.86721𝑥 10 −^3 - 1.9991 - 399.8200 5.20326𝑥 10 −^4 0.2737 (^) 0.6845𝑥 10 −^3 25 0.06 0.05068 0.86721𝑥 10 −^3 - 1.9991 - 399.8200 5.20326𝑥 10 −^4 0.2190 0.5477𝑥 10 −^3 30 0.06 0.05068 0.86721𝑥 10 −^3 - 1.9991 - 399.8200 5.20326𝑥 10 −^4 0.1825 0.4564𝑥 10 −^3 60 0.06 0.05068 0.86721𝑥 10 −^3 - 1.9991 - 399.8200 5.20326𝑥 10 −^4 0.1564 0.3912𝑥 10 −^3 300 0.12 0.08527 (^) 1.45910𝑥 10 −^3 - 1.9985 - 399.7081 8.7546𝑥 10 −^4 0.0307 (^) 0.0768𝑥 10 −^3 600 0.22 0.13672 2.3394𝑥 10 −^3 - 1.9976 - 399.5321 1.40364𝑥 10 −^3 0.0246 0.0615𝑥 10 −^3 900 0 .24 0.14608 2.4996𝑥 10 −^3 - 1.9975 - 399.5000 1.49976𝑥 10 −^3 0.0175 0.0438𝑥 10 −^3 1200 0.26 0.15513 2.6545𝑥 10 −^3 - 1.9973 - 399.4691 1.5927𝑥 10 −^3 0.0139 0.0348𝑥 10 −^3 1500 0.27 0.15954 2.7299𝑥 10 −^3 - 1.9972 - 399.4540 1.63794𝑥 10 −^3 0.0114 0.0285𝑥 10 −^3 1800 0.29 0.16813 2.8769𝑥 10 −^3 - 1.9971 - 399.4246 1.72614𝑥 10 −^3 0.0101 0.0252𝑥 10 −^3 2100 0.31 0.17641 3.0186𝑥 10 −^3 - 1.9969 - 399.3962 1.81116𝑥 10 −^3 0.0090 0.0225𝑥 10 −^3 2400 0.33 0.18438 3.1550𝑥 10 −^3 - 1.9968 - 399.3690 1.893𝑥 10 −^3 0.0083 0.0207𝑥 10 −^3 2700 0.35 0.19203 3.28607𝑥 10 −^3 - 1.9967 - 399.3427 1.97164𝑥 10 −^3 0.0076 0.0192𝑥 10 −^3
GRAFICA FINAL Y COMPARATIVA
M DAB(m^2 /s) 0 0 0.76389 0. 0.86721 0. 0.86721 0. 0.86721 0. 0.86721 0. 0.86721 0. 0.86721 0. 1.4591 0. 2.3394 0. 2.4996 0. 2.6545 0. 2.7299 0. 2.8769 0. 3.0186 0. 3.155 0. 3.28607 0. Ilustración 5 : Diffusion coefficient of water versus molal concentration of the salt at room temperature and pressure.The filled black diamond is the experimental data 16 and the filled red circles are the results for our model. Tabla 4 Ilustración 4 : Grafica final del coeficiente de difusión de NaCl en agua contra la concentración de concentración en M 0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3. DAB(m2/s) M(molL-1) DAB(m2/s) vs M(molL-1)
