1. Instituto Tecnológico de Mexicali
Practica: Ley de fick
Materia: Laboratorio integral I
Profesor: Norman Rivera Pasos
Fecha:
19 de noviembre del 2015
Integrantes:
Amador Liera Karen Esperanza
Ceballos Soto Alexandra
García Aguilera Paulina
García Flores Víctor Emmanuel
Meza Alvarado Jair Alexis
Meza Green Leonardo Alfonso
Martínez Moreno Miroslava
Navarro Orrantia Alicia
2. Título:
“Ley de fick”
Objetivo:
Realizar un experimentos para calcular la difusividad (Dab)
Introducción:
La difusión se define como el transporte neto debido al movimiento aleatorio; es un
fenómeno de transporte de masa por movimiento atómico (en el caso de metales); de
cationes y aniones (en el caso de cerámicas iónicas) y de macromoléculas (en el caso
de polímeros). Esta transferencia permite que muchas reacciones y procesos
importantes en la fabricación de un componente o una estructura de ingeniería sean
posibles.
Cuando se pretende calcular la difusión de diferentes sustancias, esto se hace
mediante un experimento sencillo, en el cual es necesario tener en cuenta el buen
manejo de los instrumentos y la precisión de la toma de resultados (tiempo,
concentración, etc.).
Marco teórico
Ley de fick
Es una ley cuantitativa en forma de ecuación diferencial, la cual describe
diversos casos de difusión de materia o energía en un medio en el que
inicialmente no existe equilibrio químico o térmico. Recibe su nombre de Adolf
Fick, que las derivó en 1855.
La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superficie (J en
mol cm -2 s -1) es directamente proporcional al gradiente de concentración. El
coeficiente de proporcionalidad se llama coeficiente de difusión (D, en cm 2 s -1
).
La primera Ley de Fick determina el flujo neto de átomos:
3. El signo negativo indica el movimiento de los átomos de la concentración más
alta a la más baja
En situaciones en las que existen gradientes de concentración de una
sustancia, o de temperatura; se produce un flujo de partículas o de calor, tiende
a homogeneizar la disolución y uniformizar la concentración o la temperatura.
El flujo homogenizador es una consecuencia estadística del movimiento
azaroso de las partículas que da lugar al segundo principio de la
termodinámica, conocido también como movimiento térmico casual de las
partículas. Es así como los procesos físicos de difusión pueden ser vistos como
procesos físicos o termodinámicos irreversibles.
Durante la difusión hay varios factores que afectan el flujo de los átomos:
Gradiente de concentración.
El gradiente de concentración muestra la forma en que la composición del
material varía con la distancia; ∆c es la diferencia de concentración a lo largo
de una distancia ∆x. El gradiente de concentración puede crearse al poner en
contacto dos materiales de composición distinta cuando un gas o un líquido
entra en contacto con un material sólido.
4. Material
o Vasos de precipitado
o Colorantes
o Cronometo
o Ácido Acético
o agua
Procedimiento:
1. Elegimos el material para realizar la practica
2. Se eligieron los reactivos
3. Uno de los reactivos se le agrego colorante para poder distinguirlo
4. Con ayuda de un gotero de dejo caer la gota del reactivo con
colorante
5. Y con un cronometro se tomó el tiempo hasta que la gota tocara el
fondo del vaso
Análisis
En nuestra práctica de la comprobación de coeficiente de difusión, tuvimos que
usar dos componentes debido a que nuestro primer componente que fue el
etanol su difusión era muy rápida no había ningún lapso para contar el tiempo
en que tardaba en esparcirse dentro del agua, tampoco se podía observar la
distancia de componente que terminaba caer , después de varios intentos
utilizando diferentes materiales donde colocamos nuestro solvente porque
pensamos que el recipiente era el causante de que no se pudiera observar el
fenómeno, decidimos utilizar ácido acético otro componente con una densidad
mayor a la del etanol, este componente se adaptó más a las necesidades de
nuestros cálculos , ya que la difusión de este componente fue más observable
su tiempo en esparcirse por el agua, así como también pudimos observar el
diámetro de la gota al salir del gotero y así obtener el área de sección
transversal.
5. Cálculos y Resultados
Formula:
J A = -𝐷 𝐴𝐵 (
𝜌𝐴
𝑑𝑦
)
J =
𝑚
𝐴𝑡
∴
𝑚
𝐴𝑡
= -𝐷 𝐴𝐵 (
∆𝜌𝐴
∆𝑥
)
m = Masa del componente
A = Area de sección transversal
∆𝑥 = Distancia estimada
𝜌 = Densidad del componente
𝐷 𝐴𝐵 = Coeficiente de difusión del componente
Despejando 𝐷 𝐴𝐵
𝐷 𝐴𝐵 =
−𝑚 𝑥
𝐴 𝜌 𝐴 𝑡
Datos
6. 𝜌 = 1.05
𝑔𝑟
𝑐𝑚3 x(
1 𝐾𝑔
1000𝑔𝑟
) = 1.05 x 10-3 𝐾𝑔
𝑐𝑚3 x (
(100)3
1𝑚3 ) = 1050
𝐾𝑔
𝑐𝑚3
V= 1 gota = 0.05ml = 5 x 10-8 m3
Despejando de la fórmula de densidad para obtener la masa
𝜌 =
𝑚
𝑣
V𝜌 = m
(5 x 10-8 m3)( 1050
𝐾𝑔
𝑐𝑚3 ) = 5.25 x 10-5 Kg
Área de sección transversal
D= 2cm
𝐴 = 𝜋𝑟2
𝐴 = 𝜋(0.02𝑚)2
A = 0.0314m2
T = 4 Segundos
Distancia Estimada 2cm
Sustituyendo la formula
𝐷 𝐴𝐵 =
−𝑚 𝑥
𝐴 𝜌 𝐴 𝑡
𝐷 𝐴𝐵 =
−(5.25 𝑥10−5
𝐾𝑔) (0.04𝑚)
(0.0314𝑚3
)(1050
𝐾𝑔
𝑚3(4𝑠)
Coeficiente de difusión del Ácido Acético Experimental
𝐷 𝐴𝐵 = -1.5 x 10 -9 𝑚2
𝑠
Coeficiente de difusión del Ácido Acético Teórico
1.21 x 10 -9 𝑚2
𝑠
Conclusión:
7. Cambiando de compuesto pudimos observar la difusión gracias al colorante y
en video como es que el área cambiaba al momento de llegar al fondo del
recipiente, la difusión liquido-liquido es más sencilla que percibirla en gases
pues no nos basamos en nuestros sentidos para determinar el tiempo. El
cálculo se aproximó mucho a los datos experimentales, la práctica se llevó a
cabo correctamente, por un momento tuvimos dificultades pero pudimos
sobrellevarla.
