diapositivas difusion molecular

7/22/2019 Diapositivas Difusion Molecular

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UNIVERSID D N CION L DEL CENTRO DELPERU

F CULT D DE INGENIERI QUIMICTR NSFERENCI DE M S

PROFESOR : Ing. NESTARES GUERRA, Manuel

INTEGRANTES :

ARECHE SULLCA, FrancoisDAVILA TORRES, Erick StevenGAMARRA ALCANTARA, Marlin Douglas

PAITAN DE LA CRUZ, Luis AngelPALOMINO BARRIENTOS, DianaSALOME QUINTO , Heidy Sebastiana Lucero

SEMESTRE : NOVENO

HUANCAYO - 2013


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OBJETIVO GENERAL

Reconocer el fenmeno de difusin molecular.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar el tiempo de difusin. Determinar la concentracin molar de cada sustancia

utilizada en un determinado tiempo.

Determinar la concentracin de masa. Determinar la fraccin de masa. Determinar la fraccin molar. Determinar la velocidad de sustancia a utilizar en

determinadas tiempos.

Determinar la densidad de flujo de masa. Determinar la densidad de flujo molar. Determinar la velocidad de flujo de masa


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TRANSFERENCIA DE MASA

La transferencia de masa es la masa en trnsito como resultado de una

diferencia en la concentracin de especies en una mezcla. [1]

Dentro de los tres fenmenos de transferencia estudiados: cantidad de

movimiento, energa y masa, ste ltimo caracteriza e identifica al ingeniero

qumico, mientras que los otros dos fenmenos de transferencia, no

solamente es dominio de la ingeniera qumica, sino tambin, es del dominiode otras ciencias de la ingeniera. [2]

MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE MASA

Los mecanismos de transferencia de masa son:

Difusin Conveccin


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DIFUSION

Es la tendencia natural de las molculas a moverse desde zonas de alta

concentracin hacia zonas de baja concentracin. Cuando se retira labarrera entre dos sustancias, las molculas se redistribuyen (o difunden)

por todo el recipiente, al final la mezcla alcanza un estado de equilibrio,

en que las molculas de ambas sustancias estn mezcladas

uniformemente.[3]

LEY DE FICK PARA LA DIFUSIN MOLECULAR

El transporte molecular se define como la transferencia de molculas

individuales a travs de un fluido por medio de los desplazamientos

individuales y desordenados de las molculas. Se supone, que cada

molcula se desplaza en lnea recta y cambiando su direccin al chocar

con otras molculas, cuyo movimiento es al azar, por lo que se conocetambin como proceso con trayectoria aleatoria. [2]

AA,z AB

dxJ CD

dz


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CONVECCIONSi la transferencia de masa se realiza en el seno del fluido que se

encuentra en rgimen turbulento, el mecanismo de difusin molecular,

se complementa con el mecanismo debido al desplazamiento y mezcla

de distintas porciones de fluido.

CONVECCIN NATURAL

Este mecanismo puede deberse nicamente a la diferencia de

densidades, provocado a su vez por los gradientes de

temperatura y en este caso, el mecanismo de transferencia de

masa se denomina conveccin natural. [2]

CONVECCIN FORZADA

El movimiento tambin puede ser producido por una fuerzaexterna, en cuyo caso, el mecanismo de transferencia de

masa se denomina conveccin forzada. [2]


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Concentraciones de masa y molarLa concentracin de materia en masa (i) se define como la masa de laespecie i (mi) por unidad de volumen de solucin (V), adems la fraccin de

masa (i) se define como la razn de la concentracin en masa de la especiei con respecto a la concentracin en masa total de la solucin ().

ii

m

V

ii

La concentracin molar (ci) se define como el nmero de moles de la

especie i (ni) por unidad de volumen de solucin (V), adems la fraccin

molar (xi) se define como la razn de la concentracin molar de la

especie i con respecto a la concentracin molar total de la solucin (C).

[3]

ii

i

cM

i

i


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La velocidad media de masaSe obtiene dividiendo la densidad de flujo de masa total, por la suma de

las concentraciones de todas las especies. [3]

n n

i i i i ni i

i ini

i

i

v v

v v

1 1

1

1

La velocidad media molarSe obtiene dividiendo la densidad de flujo molar total, por la suma de las

concentraciones de todas las especies. [3]

n n

i i i i ni i

i ini

i

i

c v c v

v x vC

c

1 1

1

1


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Densidades de flujo msico y molarRespecto a las coordenadas estacionarias.

Densidad de flujo masico:

Respecto a la velocidad

Densidad de flujo masico

i i in v

Densidad de flujo molar

i i iN c v

Densidad de flujo molar

i i ij v v

i i iJ c v v


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METODO:

El mtodo que se aplic en el siguiente laboratorio, fue experimental.

DESCRIPCION DEL EQUIPO:Equipo de titulacin:Nos permite calcular las de los reactivos usados en el laboratoriopor medio

del gasto.

MATERIALES Y REACTIVOS:

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL :MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DEL EQUIPO1 cocinilla elctrica

1 Soporte universal con llave y nuez

1 Bureta de 50 mL


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Materiales Para El ExperimentoMateriales Para El Experimento9 vasos de precipitacin 150 mL

2 Varillas de vidrio

1 pipeta de 10 mL

1 frasco lavador1 cronometro

1 Probeta de de 500 mL

1 Balanza analtica

1 Termmetro de 100C

2 Fiola de 250 Ml

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Para la difusin de la Sustancia (KMnO4) en agua.Difusin natural

En un vaso de precipitacin de 150 mL se agreg 50 mL de

agua y dos gotas de almidn seguidamente aadimos 0.2 g

de KMnO4.

Se analiz la concentracin de KMnO4 por el mtodo de la titulacin.

Ya armado el equipo de titulacin, enrasamos la bureta de 50mL con Tiosulfato deSodio Na2S2O3a 0.1M.

ReactivosPermanganato de potasio ()Nitrato de cobalto ( )Tiosulfato de sodio (

)

Sustancia orgnica (Caf)

Hidrxido de sodio ()Almidn


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Difusin con agi tacin

En un vaso de precipitacin de 150mL se agreg 50 Ml

de agua y dos gotas de almidn, seguidamente con una

varilla agitando aadimos 0.2 g de KMnO4.

Difusin en calentamiento

En un vaso de precipitacin de 150mL se agreg 50 Ml

de agua y dos gotas de almidn, seguidamente ste se llev

a calentamiento hasta una temperatura de 60 C y se aadi0.2g de Na(HO)

Para la difusin de la sustancia nitrato de cobalto ( ) en agua.Difusin natural

En un vaso de precipitacin de 150 mL se agreg 50mL de agua

y seguidamente aadimos 0.2g denitrato de cobalto (

). Ya armado el equipo de titulacin, enrasamos la bureta de 50mL

con Hidrxido de sodio a 0.1M.

La muestra de 50 mL se empez a titular anotando los respectivos

gastos.


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En un vaso de precipitacin de 150 mL se agreg 50mL de agua y seguidamente

con una varilla agitando aadimos 0.2 g de nitrato de cobalto ( ), seanot la temperatura, el dimetro del vaso.


En un vaso de precipitacin de 150 ml se agreg 50mL

de agua y seguidamente este se llev a calentamiento

hasta una temperatura de 60C y se aadi 0.2 g denitrato de cobalto ( ).

Para la difusin de caf en agua:Difusin natural

En un vaso de precipitacin de 150mL seagreg 50mL de agua y se aadi 0.2g de

caf.


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En un vaso de precipitacin de 150mL se agreg 50mL

de agua y seguidamente con una varilla agitando aadimos

0.2g de caf controlando el tiempo en que este se difunda,

se anot la temperatura, el dimetro del vaso.


En un vaso de precipitacin de 150mL se agreg 50mL de agua y seguidamente

este se llev a calentamiento hasta una temperatura de 60 C y se aadi 0.2gde caf controlando el tiempo en que este se difunda, se anot el

dimetro del vaso.


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Difusin Sustancia Masa (g) Volumen H2O (ml) T (c) Tiempo (s) H (cm) A (base) D(vaso cm)

Natural

K2MnO40.2 50 15 748.8 2.2 25.52 5.70.2 50 15 750.2 2.2 25.52 5.70.2 50 15 746 2.2 25.52 5.7

Co(NO3)0.2 50 15 59.6 2.2 25.52 5.70.2 50 15 58.2 2.2 25.52 5.70.2 50 15 56 2.2 25.52 5.7

Caf0.2 50 15 23.87 2.2 25.52 5.70.2 50 15 16.78 2.2 25.52 5.70.2 50 15 17.91 2.2 25.52 5.7

Difusin Sustancia Masa (g) volumen H2O (ml) T (c) Tiempo (s) H (cm) A (base) D(vaso cm)

Agitacin

K2MnO40.2 50 15 15 2.2 25.52 5.70.2 50 15 14.21 2.2 25.52 5.70.2 50 15 13.45 2.2 25.52 5.7

Co(NO3)0.2 50 15 13.2 2.2 25.52 5.70.2 50 15 12.3 2.2 25.52 5.70.2 50 15 13.4 2.2 25.52 5.7

Caf0.2 50 15 6.9 2.2 25.52 5.70.2 50 15 7.5 2.2 25.52 5.70.2 50 15 7.2 2.2 25.52 5.7

Difusin Sustancia Masa (g) volumen H2O (ml) T (c) Tiempo (s) H (cm) A (base) D(vaso cm)

Calentamiento

K2MnO40.2 50 60 40.39 2.2 25.52 5.70.2 50 60 37.63 2.2 25.52 5.70.2 50 60 38.52 2.2 25.52 5.7

Co(NO3)0.2 50 60 25.7 2.2 25.52 5.70.2 50 60 24.3 2.2 25.52 5.70.2 50 60 25.7 2.2 25.52 5.7

Caf0.2 50 60 16.1 2.2 25.52 5.70.2 50 60 14.26 2.2 25.52 5.70.2 50 60 20.11 2.2 25.52 5.7

DATOS OBTENIDOS


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CALCULOS DE LOS COMPUESTOS

Clculos para la difusin natural: Para elKMnO4

CLCULO DEL TIEMPO Y LA VELOCIDAD DE DIFUSIN DELKMNO4

Tomando un promedio de los tiempos de difusin

y las velocidades:

= 748.8 + 750.2 + 7463

= 748.33

VELOCIDAD PROMEDIO

=2.938 + 2.932 + 2.949 10

3= 2.939 10/

CLCULO DE LA CONCENTRACIN DEL KMNO4

Tomando como referencia el peso inicial de

muestra:

= 0.2

= +


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CALCULANDO EL NMERO DE MOLES DEL KMNO4:

4

3

4

4

44 102658.1158

1

2.0 OKMnmolxOKMn

OmolKMnOgKMnOnKMn

De la definicin de concentracin

L

OKMnmol

L

OKMnmolx

V

n

csol

OKMn

OKMn

44

3

0253.005.0

102658.14

74

= LOKMnmol 4

0253.0

Tomando como referencia la concentracin hallada dela titulacin:

Se prepar 250 ml de sustancia titulante de tiosulfato

de sodio a una concentracin de 0,1M:

= 0.1/=C1


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En nuestro experimento se observ que los gasto

de fueron de 11.4, 11.8 y 12.5 ml (V1), yel volumen de KMnO4que fue sometido atitulacin fue de 50 ml (V2). Ahora calculamos C2

que es la concentracin deKMnO4, para esoplanteamos:

C1V1=C2V2

0,1 11.4 = C2 50

C2=C(KMnO4) = 0.0228 mol KMnO4/l

Calculando el promedio de las concentraciones:

=2.28 + 2.57 + 2.36 10/

3= 2.3810/


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DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DEMASA

De la definicin:

sol

OKMn

V

m

OKMn

4

74

3

3

3 104

50

2.0

4 cm

gx

cm

gOMn

3998801722 cmg

,COHOH

(Tablas de densidad para el agua)

DETERMINACIN DE LA FRACCIN MOLAR

De la definicin

C

c

x OKMn

OKMn

4

4

Clculo de la concentracin total C:

42 OKMnOH ccC


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Tomando como referencia el peso inicial

de muestra

3

3

055,0/18

/9988,02

2

cm

mol

molg

cmg

M

c OH

OH

L

molxC 0238.551038.255

2

Por lo tanto: 42

10325.40238.55

1038.2

4

xx

xOKMn

DETERMINACIN DE LA FRACCIN EN MASA

De la definicin:

4

4

OKMn

OKMn

Clculo de la concentracin en masa total:

42 OKMnOH

Tomando como referencia el peso inicial de muestra

3

40028.11049988,0

cm

gx

34

10988.30028,1

1044

x

xOKMn


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DETERMINACIN DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO DE MASA

De la definicin bsica:

OHOHOKMnOKMn vv 2244

Como slo el K2Cr2O7es el que se difunde, la velocidad del agua es cero.


s

cmx

xx 533

101723.1

0028.1

010410939.2

ETERMINACIN DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO MOLAR


c

cvcvOHOHOKMnOKMn

2244

Como slo el KMnO4 es el que se difunde, la velocidad del agua es cero.Tomando como referencia el peso inicial de muestra

s

cmx

xx 623

10271.10238.55

01038.210939.2


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DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DE FLUJO MOLAR


444.

OKMnvcN OKMnOKMn


scm

molxxxN

OKMn

.10994.610939.21038.2

2

532

4

DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DE FLUJO MSICO

De la definicin bsica

444. OKMnOKMn vn OKMn


scm

gxxxn OKMn

.101726.110939.210988.3

2

533

4


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IV RESULTADOS

DifusinSustancia

Velocidadde laSustancia(cm/s)

Velocidadpromedio

concentracin mol/L

IVRESULTAD

OS

ConcentracinPromedio

Concentracin de Masa

FraccinMolar

FraccinMsica

Velocidad delFlujo deMasa

Velocidad delFlujoMolar

Densidad deFlujoMolar

Densidad delFlujoMsico

Natural

K2Cr2O7

0.002938

0.002939

0.028

0.0238 0.004 4.325*10-4 3.98*10-3 1.17*10-5 1.27*10-6 6.99*10-5 1.17*10-5

0.002932 0.0257

0.002949 0.0236

Co(NO3)

0.0166

0.0379

0,005

0.005 0.004 9.09*10-5 3.98*10-3 1.51*10-4 3.45*10-7 1.89*10-4 1.51*10-4

0.0178 0.0044

0.0164 0.0056

Caf

0.0921

0.1153 2.06*10-2 2.06*10-2 0.004 3.74*10-4 3.98*10-3 4.6*10-4 4.32*10-5 2.37*10-3 4.61*10-4

0.131

0.122

Agitacin

K2Cr2O7

0.146

0.155

0.023

0.0235 0.004 4.32*10-4 3.98*10-3 6.16*10-4 6.61*10-5 3.64*10-3 6.19 *10-4

0.154 0.024

0.163 0.023

Co(NO3)

0.166

0.17

0.0056

0.0052 0.004

9.09*10-5

3.98*10-3

6.781*10-

4 1.54*10-5 8.5*10-4 6.8*10-4

0.178 0.0056

0.164 0.0044

Caf

0.32

0.31 2.06*10-2 2.06*10-2 0.004 3.74*10-4 3.98*10-3 1.23*10-3 1.16*10-4 2.39*10-6 1.24*10-3

0.29

0.31

Calentami

ento

K2Cr2O7

0.1466 0.022

0.004 4.23*10-4 3.98*10-3 2.26*10-4 2.38*10-5 1.31*10-3 2.26*10-4

0.1548 0.566 0.023 0.0233

0.1635 0.025

Co(NO3)

0.0856 0.0050

0.004 9.45*10-5 3.98*10-3 3.59*10-4 8.51*10-6 4.68*10-4 3.6*10-4

0.0905 0.09 0.0048 0.0052

0.0873 0.0052

0.14

0.15 0.13


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DISCUSIN DE RESULTADOSLos resultados para el KMnO

4nos muestran que la velocidad de difusin es

ms lenta cuando se produce naturalmente, mientras que con la agitacin

se consigue una mayor velocidad y menores tiempos, cuando se calienta la

solucin tambin se acelera la difusin a una temperatura de 60 C, a lavez esta velocidad resulta menor que la que se obtiene agitando.

: > > : < <

La relacin anterior tambin se observa en todas las sustancias trabajadas

(KMnO4, y caf (cafena)); adems al comparar las velocidadesde difusin entre ellas se llega a:

:

>

>

: < <

Podemos decir, que la conveccin molecular forzada (agitacin), en los

casos que se experiment, es ms rpida que las convecciones por

calentamiento y conveccin natural.


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CONCLUSIONES

Los tiempos de difusin para las sustancias fueron:

Para el :

Difusin natural: 748, 750.2 y 746 segundos.Con agitacin: 15, 14.21 y 13.45 segundos.

Con calentamiento: 40.39, 37.62 y 38.52 segundos.

Para el :

Difusin natural: 59.6, 58.2 y 56.0 segundos.Con agitacin: 13.2, 12.3 y 13.4 segundos.

Con calentamiento: 25.7, 24.3 y 25.2 segundos.

Para el caf:

Difusin natural: 23.87, 16.78 y 17.91 segundos.Con agitacin: 6.9, 7.5 y 7.2 segundos.

Con calentamiento: 16.1, 14,26 y 20.11 segundos.

Las concentraciones de masa para las sustancias empleadas fueron:


25/30

Para el4: mL

g004.0

4KMnO

Para el(3)2:mL

g004.0

23 )Co(N0

Para el caf:mL

gONH 004.024108C

Las concentraciones molares para las sustancias usadas fueron:

Para el4:3KMnO

023.04 m

molC

Para el(3)2: 3)Co(N0 005.023m

molC

Para el caf:3C

0206.024108 m

molC

ONH

Las fracciones de masa halladas para las sustancias empleadas son:

Para el4: 00398.04KMnO w

Para el(3)2: 00398.023 )Co(N0 w

Para el caf: 00398.024108C

ONHw

Las fracciones molares halladas para las sustancias empleadas son:


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Para el4:4

KMnO 1032.44

xx

Para el(3)2:5

)Co(N0 1009.923

xx

Para el caf:4

C 1074.324108

xx ONH

Las velocidades de las sustancias empleadas fueron:

Para el 4:

Difusin natural: 0.00293, 0.00293 y 0.00294 cm/s .

Con agitacin: 0.146, 0.154 y 0.163 cm/s

Con calentamiento: 0.1466, 0.1548 y 0.1635 cm/s

Para el(3)2:

Difusin natural: 0166.0 , 0178.0 ys

cm0164.0 .

Con agitacin: 164.0 , 178.0 y s

cm165.0

Con calentamiento: 0856.0 , 0905.0 ys

cm0873.0 .

Para el cafe:

Difusin natural: 0921.0 , 131.0 ys

cm122.0 .

Con agitacin: 32.0 , 29.0 ys

cm31.0 .

Con calentamiento: 14.0 , 15.0 ys

cm11.0 .

Las densidades de flujo de masa halladas fueron:

Para el 4:

Difusin natural:510*17.1

sm

g

.2

.

Con agitacin:4

10*19.6

sm

g

.2


27/30

Con calentamiento:sm

g

.26.2

2.

Para el(3)2:

Difusin natural:sm

g

.10*51.1

2

4

Con agitacin:

sm

g

.

10*8.62

4 .


g

.10*6.3

2

4.

Para el caf:

Difusin natural:sm

g

.10*61.4

2

4.

Con agitacin:sm

g

.10*24.1

2

3.


g.

10*2.52

4.

Las densidades de flujo molar halladas fueron:

Para el 4:

Difusin natural:sm

mol

.10*99.6

2

5 .

Con agitacin:sm

mol

.10*64.3

2

3 .


mol

.10*31.1

2

3 .

Para el (3)2:

Difusin natural:sm

molx

.1084.1

2

4 .

Con agitacin:sm

molx

.105.8

2

4 .

Con calentamiento:

sm

molx

.1068.4

2

4 .


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RECOMENDACIONES

Recomendamos tener en cuenta el momento donde

finaliza la conveccin molecular de las sustancias que seutilicen, ya que de eso depender bastante los clculos

realizados.

Se recomienda que en la conveccin forzada poragitacin, se debe utilizar un agitador magntico, para

que la concentracin sea uniforme.

Tratar de colocar la mezcla en el mismo centro del rea

de la base del vaso, con la finalidad de apreciar mejor el

proceso de difusin.

Se nota que las concentraciones inciales de cada

sustancia son determinantes en el tiempo de difusin.


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REFERENCIA BIBLIOGRFICA

[1] Incropera Frank P.; 1999; Fundamentals of Heat and Mass Transfer; 4Edicin, Editorial Prentice Hall; Mxico.

[2] Carrasco V.Luis; 2005; Transferencia de cantidad de movimiento, calor ymasa; 1 Edicin; Editorial San Marcos, Per.[3] Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot Fenmenos deTransporte, Revert. S.A. Espaa, 1982.[4] Treybal R.; 1988; Operaciones de Transferencia de Masa; 2 Edicin,

Editorial McGraw Hill, Mxico.

BIBLIOGRAFIA BYRON BIRD, WARREN E. STEWART, EDWIN N. LIGHTFOOT

FENMENOS DE TRANSPORTE, Revert. S.A. Espaa, 1982. Carrasco V.Luis; 2005; Transferencia de cantidad de movimiento, calor y

masa; 1 Edicin; Editorial San Marcos, Per. Incropera Frank P.; 1999; Fundamentals of Heat and Mass Transfer; 4

Edicin, Editorial Prentice Hall; Mxico.

Treybal R.; 1988; Operaciones de Transferencia de Masa; 2 Edicin,Editorial McGraw Hill, Mxico.


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