Lab Int 1

1. Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Mexicali
Ingeniería Química
Laboratorio Integral 1
F.M. Norman Edilberto Rivera P.
Practica 6 Ley de Fick
García Zavala Marco Alberto
Moran Silva Keyla Marina
Rivera Ortiz Diego
Sepúlveda Vital Dafne Getsemaní
Soltero Gonzales Saúl

2. Índice
Introducción……………………………………………………………..…………3
Objetivo…………………………………………………………………………….3
Marco teórico...…………………………………………………………………....3
Material……………………………………………………………………………..4
Procedimiento...……………………………………………………………….…..4
Resultados…………………………………………………………………………5
Análisis de resultados…………………………………………………………….7
Conclusión…………………………………………………………………………7
Aprendizajes……………………………………………………………………….7

3. Introducción
La experiencia nos demuestra que cuando abrimos un frasco de perfume o de cualquier
otro líquido volátil, podemos olerlo rápidamente en un recinto cerrado.
Decimos que las moléculas del líquido después de evaporarse se difunden por el aire,
distribuyéndose en todo el espacio circundante. Lo mismo ocurre si colocamos un terrón
de azúcar en un vaso de agua, las moléculas de sacarosa se difunden por todo el agua.
Estos y otros ejemplos nos muestran que para que tenga lugar el fenómeno de la
difusión, la distribución espacial de moléculas no debe ser homogénea, debe existir una
diferencia, o gradiente de concentración entre dos puntos del medio.
Objetivo
Obtención del coeficiente de difusión a través de la experimentación (Ley de Fick).
Marco teórico
Difusión
La difusión es el proceso por el cual las partículas se combinan entre ellas por efecto
del movimiento aleatorio que provoca su energía cinética.
Para que el evento de la difusión se lleve a cabo, la distribución espacial de las
moléculas no debe ser homogénea, se debe presentar una diferencia de concentración
entre dos puntos del medio.
Por lo tanto se puede concluir que en las situaciones donde existen gradientes de
concentración de una sustancia, se genera un flujo de partículas.
A continuación se presenta un gráfico para representar los puntos de intereses en un
evento de difusión:
La concentración varía con la posición a lo largo del eje x.
Ley de Fick
La densidad de corriente de partículas es proporcional al gradiente de concentración.
La siguiente formula define la ley de Fick:
En donde:
J= es el "flujo difusivo", del cual el análisis dimensional nos muestra que se trata
de cantidad de sustancia por unidad de área, por unidad de tiempo, una forma usual de
expresarlo sería
𝒎𝒐𝒍
𝒎 𝟐·𝐬𝐞𝐠.
3

4. J mide la cantidad de sustancia que fluye a través de una unidad de área durante un
intervalo de una unidad de tiempo.
D= es el coeficiente de difusión o difusividad. Su dimensión es de área por unidad de
tiempo, por lo que unas unidades típicas para expresarlo podrían ser
𝒎^𝟐
𝒔𝒆𝒈
.
∂n = Para mezclas ideales) es la concentración, en la cual la dimensión es de cantidad
de sustancia por unidad de volumen. Puede ser expresada en unidades de
𝒎𝒐𝒍
𝒎^𝟑
.
∂x = Es la posición, dado en dimensiones de longitud. Puede ser expresado en la
unidad m.
Material
Gránulos de KmNO4
Dos cajas Petri.
Vernier
Pasos a seguir
1.- Se toman 4 granitos de KmNO4, se mide el ancho y altura, después se pesan.
2.- También se mide el diámetro y altura de la caja Petri. (Estos datos se mostraran
ahorita en una tabla)
3.- Primero se llena un poco una caja Petri con agua destilada. (Tiene que ser la más
poca cantidad posible mientras tape el granito y toque todas las paredes.
4.- Ponemos un granito en el puro centro de la caja Petri y tomamos el tiempo.
5.- El tiempo se parara hasta que veamos que el granito haya desaparecido.
6.- Después se llenan con agua de la llave y se repite el procedimiento.
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5. Medidas
Caja Petri:
0.0865 m Diámetro
0.014 Altura
Piedrita 1 Piedrita 2 Piedrita 3 Piedrita 4
Masa (gr) 0.0007 0.0008 0.0008 0.0006
Ancho (mm) 0.1 0.1 0.1 0.1
Largo (mm) 0.1 0.1 0.2 0.1
Se toma el tiempo basándonos en el procedimiento y se tiene:
Muestra
(Piedrita)
Tipo de agua Masa Tiempo Volumen para
el llenado de la
caja Petri
1 Llave 0.0007 gr 467 seg 12.3 mL
2 Llave 0.0008 gr 427 seg 12.3 mL
3 Destilada 0.0008 gr 1200 seg 12.3 mL
4 Destilada 0.0006 gr 1200 seg 12.3 mL
Datos de KmNO4
Masa molar: 158.034 gr/mol
Densidad: 2.7 gr/cm3 = 2.7x10-3
kg/m3
Punto de ebullición: 513 k
Solubilidad en agua: 6.38 gr/mol a 20 C
Resultados
V= π·r2·h
h= V/π·r2
ṁ/A= J = DAB dc/dr
Ley de Fick:
ṁ=DAB·A·dc/dr
ṁ=DAB (π·d·h) (c2-c1)/ (Δr)
c2-c1=Densidad
Volumen de la caja Petri se pasa a m3
12.3 mL= 1.23x10-5
m3
Sustituimos:
h= (1.23x10-5
m3
)/( π)(0.0425 m)2
h= 2.17x10-3
m
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6. Área de Difusión:
ADif = (π·d·h)= (π)(0.085 m)(2.17x10-3
m)
ADif= 5.79x10-4
m2
Ahora solo nos falta sacar ṁ de cada piedrita
#1
0.0007 gr= 7x10-7
kg
ṁ= m/t = 7x10-7
kg /467 seg
ṁ= 1.49x10-9
kg/seg
#2
0.0008 gr = 8x10-8
kg
ṁ= m/t = 8x10-8
kg /427 seg
ṁ= 1.87x10-10
kg/seg
#3
0.0008 gr = 8x10-8
kg
ṁ= m/t = 8x10-8
kg /1200 seg
ṁ= 6.66x10-11
kg/seg
#4
0.0006 gr = 6x10-6
kg
ṁ= m/t = 6x10-6
kg /1200 seg
ṁ= 5x10-9
kg/seg
Ahora de la fórmula de Ley de Fick despejamos DAB que es nuestro objetivo.
DAB= ṁ· Δr/ ADif·(c2-c1)
#1
DAB=(1.49x10-9
kg/seg)(0.0425 m)/( 5.79x10-4
m2
)( 2.7x10-3
kg/m3
)
DAB = 4.3080x10-5
m2
/seg
#2
DAB=(1.87x10-10
kg/seg)(0.0425 m)/( 5.79x10-4
m2
)( 2.7x10-3
kg/m3
)
DAB = 5.0837x10-6
m2
/seg
#3
DAB=(6.66x10-11
kg/seg)(0.0425 m)/( 5.79x10-4
m2
)( 2.7x10-3
kg/m3
)
DAB = 1.8105x10-6
m2
/seg
#4
DAB=(5x10-9
kg/seg)(0.0425 m)/( 5.79x10-4
m2
)( 2.7x10-3
kg/m3
)
DAB = 1.3593x10-4
m2
/seg
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7. Analisis de resultados
Buscando en tablas ya determinadas nos dimos cuenta que nuestro resultado no
estaba tan lejos de la difusividad ya establecida para el agua que viene siendo 2.5x10-5
m2
/seg. Y como se puede apreciar en nuestros 4 resultados diferentes no estamos tan
alejados.
Conclusiones
Nuestro objetivo era obtener el coeficiente de difusividad haciendo una
experimentación en base a Ley de Fick. Concluimos que si podemos hacernos mucho
al valor ya establecido para difusividad del agua.
Se puede decir que fue un experimento sencillo, se necesita tener buen ojo para llevar
a cabo este experimento y ver como nuestro granito va desapareciendo.
Aprendizaje
Es un experimento sencillo, pero es muy lento, como se puede ver en las diferentes
tiempos, esperamos hasta 20 minutos para ver cómo se disolvía 0.0006 gr de KmNO4.
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