1. LABORATORIO
INTEGRAL I
Practica 6:
Difusión
Ley de Fick
Alumna: Baltazar Armenta Delly
No. Control: 11490182
Profesor: Norman Edilberto Rivera P.
2. INTRODUCCION
Esta práctica tendrá como finalidad calcular el coeficiente de difusividad, para ello
tendremos que utilizar la ley de Fick y plantearnos la manera de lograr este
experimento en el laboratorio de manera que podamos llegar a observar que se
cumple, físicamente y al momento de obtener los cálculos.
En materias anteriores habíamos mencionado y tratado con la teoría que ahora
mencionaremos, por lo tanto ya tenemos conocimiento previo a lo que tratamos en
el laboratorio, solo habrá que reforzarlo.
OBJETIVO
Determinar el coeficiente de difusividad de alcohol y acetona en aire, realizando
los cálculos pertinentes y el análisis de las fórmulas que intervienen para el
cálculo de la misma.
MARCO TEORICO
Ley de Fick
La ley de Fick afirma que la densidad de corriente de partículas es proporcional al
gradiente de concentración.
La constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de difusión D y es
característico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve.
El signo negativo es para indicar el movimiento de los átomos de la concentración
alta a la más baja.
La difusión es un movimiento macroscópico de los componentes del sistema
debido a diferencias (o gradiente) de concentración. En otras palabras, cuando en
un sistema termodinámico multicomponente hay un gradiente de concentraciones
se origina un flujo irreversible de materia, desde las altas concentraciones, hasta
las bajas.
3. Ejemplo de difusión
El coeficiente de difusión (D) se mide en m2/s en el sistema internacional, y en
cm2/s en el cegesimal. El coeficiente de difusión de los gases depende solo
ligeramente de la composición, aumenta al aumentar la temperatura y desciende
cuando aumenta la presión. En los líquidos, D depende de la composición (debido
a las interacciones intermoleculares) y aumenta al aumentar la temperatura,
mientras que es prácticamente independiente de la presión.
En los sólidos el coeficiente de difusión depende de la concentración y aumenta
rápidamente con la temperatura.
Velocidad de Difusión
La cantidad de un elemento transportado dentro de otro es una función del tiempo,
muchas veces es necesario conocer a qué velocidad ocurre la difusión, o la
velocidad de la transferencia de masas.
La mayoría de las situaciones prácticas de difusión son en estado no estacionario.
En una zona determinada del sólido, el flujo de difusión y el gradiente de difusión
varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento de las sustancias que
se difunden.
En ocasiones es necesario conocer a qué velocidad ocurre la difusión, o la
velocidad de la transferencia de masas. Normalmente esta velocidad se expresa
como un flujo de difusión (J), definido como la masa (número de átomos) a (N) que
difunden perpendicularmente a través de la unidad de área de un sólido por
unidad de tiempo. Su expresión matemática:
J=N/At
4. Donde:
A= área a través de la cual ocurre la difusión
t= tiempo que dura la difusión
Para obtener la fórmula del coeficiente de difusión:
퐽 =
푛
퐴 ∗ 푡
퐽 = −퐷
푛
푣Δ푥
−퐷 푛
푣Δ푥
= 푛
퐴∗푡
, así obtenemos 퐷 = −
푛
퐴∗푡
푛
푣Δ푥
, eliminando términos semejantes
퐷 = −
푣Δ푥
퐴 ∗ 푡
Como 푣 = 퐴Δ푥
퐷 = −
(퐴Δ푥)(Δ푥)
퐴 ∗ 푡
퐷 = −
Δ푥 2
푡
De esta manera llegamos a la ecuación que utilizaremos para calcular el
coeficiente de difusión.
MATERIAL Y EQUIPO
o Secadora
o Tubo capilar
o Soporte universal
o Pinzas para soporte
o Sección de manguera
o Vaso de precipitado de 50 ml
o Regla
o Cronometro
5. Reactivos
o Acetona
o Alcohol
PROCEDIMIENTO
o Montar el equipo: Colocar los soportes universales y las pinzas para
soporte, sosteniendo la secadora y así también la sección de manguera.
o Hacer un orificio pequeño a la manguera cerca de la boca de esta, de tal
manera que pueda introducirse el tubo capilar por el orificio.
o Vertir el reactivo en el vaso de precipitado
o Tomar con el tubo capilar un poco de reactivo y ya que se haya tomado el
necesario colocarlo por el orificio de la manguera.
o Medir con una regla la cantidad de reactivo contenido en el tubo capilar.
o Encender la secadora y el cronometro
o Esperar el tiempo en que se difunda el reactivo del tubo capilar.
También se hizo de manera que el reactivo quedara al final de la sección de
manguera sin tener que utilizar el tubo capilar, de esta manera podríamos
observarlo más de cerca y notaríamos si la diferencia es grande o pequeña
comparado con el primer procedimiento.
6. De esta manera queda montado el equipo con lo necesario para realizar la
práctica de difusión.
8. o Acetona
Δ푥 = 2.9 푐푚 = 0.029푚
푡 = 68 푠
퐷 =
Δ푥 2
푡
=
0.0292푚
68 푠
퐷 = 1.23푥10−5 푚
푠
2
La temperatura del aire de la secadora era de 49 °C.
CONCLUSION
La práctica se realizó con dos reactivos para observar y comparar el coeficiente de
difusión de estos dos. Así mismo comparamos los valores obtenidos con los
valores investigados, por mi parte, el valor que investigue lo obtuve del libro
Transferencia de calor y masa, (Cengel)
Para Aire-Acetona 퐷 = 1.1푥10−5 푚2
푠
푎 273 °퐾
Para Aire-Alcohol 퐷 = 1.2푥10−5 푚2
푠
푎 298 °퐾
Comparando estos resultados con los que calculamos en laboratorio no hay
mucha diferencia, ya que debemos tomar en cuenta que la temperatura del aire de
la secadora fue de 49 °C, y es diferente a la temperatura a la que están los
coeficientes de difusión del libro consultado, de esta manera podemos suponer
que la diferencia es mínima debido a la temperatura que tuvimos al realizar los
experimentos.
