Determinacion de Volumenes Molares Parciales (1)

7/17/2019 Determinacion de Volumenes Molares Parciales (1)

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Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Estudios Superiores Zaragoza

INGENIERÍA QUÍMICA

Modulo: Procesos de separación

Laboratorio y Taller de Proyectos

“ACTIVIDAD EXPERIMETAL L!

“Deter"inación de #ol$"enes "olares parciales%

E&uipo ':

• Arre(uin )u*re+ Ricardo Ra"ses• D,a+ Del(ado -eatri+• Lo+ada Roc.a Ariadna

• /a0aca Mart,ne+ Elena Consuelo• V*+&ue+ 1lores Carolina• Ver(ara Castillo Alberto

Pro23 I4 ALE)ADR/ )5VEAL 657M8 69ME7

1ec.a de acti#idad: '; abril;<'= 1ec.a de entre(a: >;"ayo ;<'=3

2.- RESUMEN:



En esta pr*ctica se reali+o la deter"inación del #olu"en de "e+cla y los #ol$"enes "olares

parciales de los co"ponentes de una disolución binaria ?cloruro de sodio y a(ua destilada@ de distinta

co"posición to"ando en cuenta una presión y te"peratura constantes3 Be utili+a para ello co"o

$nicas "edidas e0peri"entales #ol$"enes y pesos de los co"ponentes puros y de la disolución3 Be

to"aron #ol$"enes di2erentes de la solución para lle#ar a cabo estas deter"inaciones se to"aron

los resultados y se .icieron los c*lculos necesarios

3.- OBJETIVO:

Calcular los #ol$"enes "olares parciales en 2unción de la concentración para los co"ponentes deuna solución binaria 2or"ada por un electrolito sencillo y a(ua3

4.- HIPÓTESIS:

Al tener una solución binaria con una concentración inicial y despus al diluirla los #ol$"enes

parciales ca"biaran de 2or"a descendente para el soluto ?cloruro de sodio@3

5.- MARCO TEÓRICO:

El #olu"en "olar de una solución depende ade"*s de la te"peratura y la presión de laco"posición de la "is"a3 E0cepto &ue la solución sea ideal los #ol$"enes no son aditi#osy la contribución de un "ol de cada co"ponente a la "e+cla es lo &ue se lla"a #olu"en"olar parcial3

Bupon(a"os &ue 2or"a"os una "e+cla de dos l,&uidos ' y a te"peratura y presiónconstantes3 Bi se tienen n' "oles del l,&uido ' de #olu"en "olar V "' y n "oles del l,&uido de #olu"en "olar V

" el #olu"en total antes de la "e+cla ser*

V ¿=n

1V

m,1

¿ +n2V

m,2

¿ (1)

Lue(o de la "e+cla en (eneral el #olu"en no es el anterior V V debido a dos "oti#os:• Las di2erencias entre las 2uer+as de interacción en la "e+cla respecto de los

co"ponentes puros3• Las di2erencias en el e"pa&ueta"iento de las "olculas en la "e+cla respecto de los

l,&uidos puros causado por distintos ta"aFos y 2or"as de las "olculas &ue se"e+clan3

Esto &ue ocurre para el #olu"en de la "e+cla es #*lido ta"bin para otras propiedadese0tensi#as co"o 6 G B Cp etc3 Por este "oti#o nos re2erire"os inicial"ente a unapropiedad e0tensi#a cual&uiera &ue lla"are"os 1 para lue(o tratar el caso particular del#olu"en3Propiedad "olar



Dada la propiedad e0tensi#a 1 sta puede "odi2icarse por #ariaciones en la te"peratura lapresión y las cantidades de "oles de cada uno de los co"ponentes del siste"a3 /bser#e&ue el ca"bio en la cantidad de "oles de los co"ponentes no i"plica necesaria"enteca"bio en la co"posición del siste"a3

As, planteado el proble"a (eneral e0presare"os 1 co"o 1 ?p T n ' n n=H3@3 Cual&uier

ca"bio en las #ariables &ue la de2inen debe e0presarse co"o

dF =( ∂ F

∂ T ) p , n1, n2

dT +( ∂ F

∂ P )T ,n 1, n2

dp+( ∂ F

∂ n1)

T , p , n ≠ , n1

dn1+( ∂ F

∂ n2)

p ,n 1, n2

dn2+…(2)

En esta ecuación nn indica &ue los "oles de todas las especies se "antienen constantes"ientras se #ar,a la de la ;si"a sustancia ?co"ponente@3 Por eJe"plo al preparar unasolución acuosa de sacarosa en ' ( de a(ua .e"os 2iJado el n$"ero de "oles de a(ua?K "oles@ "antene"os la presión y la te"peratura constantes pero a.ora pode"osestudiar có"o a2ecta la propiedad 1 a(re(ados de n$"eros de "oles distintos de sacarosa3

A te"peratura y presión constante d1 se e0presa co"o

dF =(∂ F

∂n1)

T , p ,n ≠ , n1

dn1+( ∂ F

∂ n2)

T , n ≠ n2

dn2+…=∑k ( ∂ F

∂ n1)

T , p , n ≠ , n1

dnk (3)

De2inire"os co"o propiedad "olar parcial a la "a(nitud &ue describe có"o ca"bia el #alor de la propiedad 1 cuando "anteniendo todas las otras constantes "odi2ica"os el n$"erode "oles de la especie en cuestión3 Indicare"os a las propiedades "olares parciales de lasi(uiente "anera:

´ F K =(

∂ F

∂ n K )T ,p ,n ≠ ,nk (4

)

La propiedad "olar parcial representa la contribución &ue .ace por "ol el co"ponente ;si"o cuando a un siste"a constituido por un n$"ero apreciable de "oles de todos losco"ponentes se a(re(a un "ol de este co"ponente sin &ue se "odi2i&ue la co"posicióndel siste"a3 As, tendre"os &ue a cada co"ponente se le puede asi(nar la correspondientepropiedad "olar parcial3

En resu"en la propiedad "olar parcial da cuenta de la contribución &ue cada sustanciareali+a por "ol a la propiedad en cuestión3 Por su naturale+a es una "a(nitud intensi#a3 Esto

si(ni2ica &ue no depende de la cantidad de "oles de cada uno de ellos sie"pre &ue laco"posición sea constante3

Bi se inte(ra la ecuación ?=@ pero "anteniendo constante la relación n':n:33:n desde <.asta el n$"ero de "oles &ue cada especie tiene en el siste"a a presión y te"peraturaconstante se obtiene:

F =´ F 1

n1+ ´ F

2n2+∑

k

´ F k nk (5 )



Bi a.ora se di2erencia nue#a"ente esta 2unción a presión y te"peratura constante se obtiene

dF =( ´ F 1

n1+ ´ F

2n2+…)+( n

1d ´ F

1+n

2d ´ F

2) (6 )

En esta e0presión aparece un tr"ino &ue no est* presente en la ecuación ori(inal para d1 asaber

n1

d ´ F 1+n

2d ´ F

2+…=∑

k

nk d ´ F k (7)

A p y T constantes ?lo "is"o .ubiese obtenido a T y V constantes@ esta su"a debe #aler cero3 Esto es

∑k

nk d ´ F k =0(8)

A esta relación &ue es "uy i"portante para siste"as en e&uilibrio se la deno"ina de 6ibbs;Du.e" y establece &ue en un siste"a en e&uilibrio con especies no pueden #ariarse en2or"a arbitraria las propiedades "olares parciales de todos los co"ponentes3E&ui#alente"ente el ca"bio en la propiedad "olar parcial de un co"ponente &uedadeter"inado si se conocen los ca"bios de los otros ?;'@ co"ponentes3 Co"o se #er* en lasclases teóricas esta relación cobra particular i"portancia en 1isico&u,"ica cuando 1corresponde a la ener(,a libre ya &ue la propiedad "olar parcial en este caso es lo &ue seconoce co"o potencial &u,"ico 3

Volu"en "olar parcial

Bi la 2unción e0tensi#a 1 es el #olu"en de un siste"a 2or"ado por dos co"ponentes ?sinreacción &u,"ica@ el #olu"en se e0presar* co"o

V = V́ 1

n1+ V́

2n2+∑

k

V́ k nk (9 )

Los #ol$"enes "olares parciales de estos co"ponentes se de2inir*n co"o

V́ 1=

(

∂ V

∂n1

) p ,T , n2

Y V́ 2=

(

∂ V

∂ n2

) p ,T ,n 1

(10 )

La relación de 6ibbs;Du.e" para los #ol$"enes "olares parciales resulta

∑k

nk d V́ k =0 (11 )



En el caso de un siste"a de dos co"ponentes si se "odi2ica el #olu"en "olar parcial delco"ponente en una cantidad dV el #olu"en "olar parcial del co"ponente ' se adecua aeste ca"bio a presión y te"peratura constante de la si(uiente "anera:

d V́ 1=−n

2

n1

d V́ 2(12)

Respecto de los #ol$"enes "olares parciales puede decirse &ue

• Dependen de la te"peratura y la presión3• Dependen de la co"posición de la solución ?por eJe"plo de la 2racción "olar@ pero

no de la cantidad de solución ?son una propiedad intensi#a de2inida por "ol@3• Los #ol$"enes "olares parciales de las sustancias puras coinciden con el #alor de la

propiedad "olar3 As, por eJe"plo el #olu"en "olar parcial del a(ua pura ?ad"itiendo&ue a te"peratura a"biente y ' at" de presión NO'(3c";= y MO'<' (3"ol;'@ es'<' c"="ol;' &ue es lo "is"o &ue su #olu"en "olar3

• El #olu"en "olar parcial del soluto est* de2inido y no es nulo a$n en el caso del

sol#ente puro es decir cuando su concentración es cero3 As, por eJe"plo el #olu"en"olar parcial de la acetona en el a(ua pura no es cero3

El ca"bio de #olu"en al producir la "e+cla de los co"ponentes ser*

ΔmezV =V −V ¿=n

1 (V 1−V m,1

¿ )+n2 (V

2−V m, 2

¿ ) a T y P constantes (13 )

La cantidad anterior no debe con2undirse con el #olu"en "olar de la "e+cla o #olu"en "olar "edio3

6.- MATERIAL Y EQUIPO.

MATERIAL ' Picnó"etro de '< < o =< "l

' E"budo de cola corta

' Matra+ a2orado de << "l

Matraces Erlen"eyer de < "l

' Vaso de precipitados de < "l

' Vaso de precipitados de '<< "l

' Matra+ a2orado de '<< "l

' Pipeta #olu"trica de < "l

' Pipeta #olu"trica de "l

' Pipeta #olu"trica de '< "l

' Pipeta #olu"trica de "l

' Pipeta #olu"trica de ' "l



' Ter"ó"etro con escala de ;'< a '<< QC

' Piseta

' Esp*tula "ediana con "an(o de "adera

Papel 2iltro

Cinta Masin( Tape

HERRAMIENTAS

En esta acti#idad no se utili+an .erra"ientas

EQUIPO ' -alan+a anal,tica

' -aFo de te"peratura constante precisión3

SERVICIOS Electricidad

7.- REACTIVOS.

< ( cloruro de sodio

' litros de a(ua destilada ?para baFo de te"peratura constante@3

8.- PROCEIMIENTO.

PREPARACION E SOLUCIONES 3M E CLORURO E SOIO 3Be pesa la cantidad re&uerida de soluto en la balan+a anal,tica y se disuel#e en a(ua

destilada a2orando en un "atra+ a << "l3

ILUCIONES

Be coloca el #olu"en correspondiente para .acer soluciones de concentración ' 'S '

''> en un "atra+ a2orado por separado partiendo de la solución preparada en S:'3 A2orar a

<< "l3

ETERMINACION E PESOS

Be debe pesar el Picnó"etro #ac,o y seco y se debe obtener el peso del picnó"etro lleno con

a(ua destilada a QC3 El picnó"etro debe enJua(arse y secarse per2ecta"ente antes de

cada pesada3

El procedi"iento detallado para la deter"inación de la densidad para las di2erentes

soluciones se describe a continuación

ETERMINACION E LA ENSIA



'3 Be llena el picnó"etro con el l,&uido ?el cual de pre2erencia debe encontrarse a una

te"peratura in2erior a QC@

3 Be coloca en el baFo de te"peratura constante a QC con el cuerpo principal baJo la

super2icie de a(ua3 Be deJa en esa posición por lo "enos &uince "inutos para alcan+ar el

e&uilibrio tr"ico3 Durante ese tie"po se aJusta el "enisco a la "arca de re2erencia para

lo cual debe e"plearse un papel 2iltro3

=3 Be saca el picnó"etro del baFo secando bien su super2icie e0terna con una toalla y papel

2iltro3

S3 Pesar en la balan+a anal,tica3

RECOMENACIONES

es aconseJable repetir e W y 0 W

co"o co"probación ya &ue los resultados del e0peri"ento

dependen de ellos3

!.- RESULTAOS.

2

1o

1

n

Xn-XØ =

−= 0

1 1

V n

V

1mM

1000Ø

−−−=

e 0

0 W W W W

m 1000 M 1

ρ Ø

p e

V W W −= ρ

1 1

2 M n 1000 n m =

"# "$>'3= >'3< =>3>!! =>3!!

>'3<< >'3<= =>3!' =>3>

><3>!! ><3>!S' =>3!'> =>3!>

><3' ><3!!! =>3' =>3SS

% "$# "$& V& &

>'3 >S3='= =>3!''! S3>== '3'<'



>'3 >'3!!' =>3!''! S3>== '3<=

>'3 >'3<SS =>3!< S3>== '3<SS

>'3!<<= ><3!!< =>3!'! S3>== '3<'S

>'3'>< ><3== =>3'' S3>== '3<<>!

' () '* =3'!> SS3! '3!<

'3><== S'3'<!> '3>>

<3!>S '3!S <3!S

<3=!! '3>! <3>'S!

<3' >3!! <3S=S<

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

0

10

20

30

40

50

f(x) = 30.2x - 4.57

R² = 0.93

Φ vs (√ m)

molalidad

volumen molar aparente del soluto

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

0

20

40

60

80

V2 vs m

molalidad

volumen molar soluto

Graca 1

Graca

2



0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

V1 vs m

molalidad

volumen molarsolvente

+,.- ANLISIS E RESULTAOS.

• 6RA1ICA ': En esta (ra2ica se reali+ó la l,nea de tendencia para obtener la pendiente paracalcular los #ol$"enes "olares parciales &ue se presentan en las (ra2icas y = "*s adelante3uestro par*"etro "*s i"portante para la deter"inación de los #ol$"enes "olares denuestra solución 2ue el peso de los picnó"etros con cada solución ya &ue con la di2erencia depeso se de"ostró la tendencia de soluto;sol#ente para cada caso la presión y te"peratura se"antu#ieron constantes

• 6RA1ICA : En esta (ra2ica se reali+o la tendencia del soluto al dis"inuir la concentración"olar se puede obser#ar &ue el #olu"en "olar parcial ta"bin dis"inuye3

• 6RA1ICA =: En esta (ra2ica se reali+o la tendencia del sol#ente al au"entar su "olalidad su

#olu"en "olar se puede obser#ar &ue el #olu"en "olar parcial ta"bin au"enta3

++.- CONCLUSIÓN.

Conclui"os &ue al tener una solución cloruro de sodio;a(ua con una concentración y #olu"en inicial y tratando de "antener constante la te"peratura y sin #ariación en la presión al diluir nuestra solucióndesde ' .asta ''> se pudo obser#ar &ue el soluto con respecto a su #olu"en "olar parcial esdirecta"ente proporcional a su concentración la cual dis"inuye

+2.- UENTES E CONSULTA.BIBLIO/RA0A

Graca



• Perry R et al3 Manual del In(eniero 4u,"ico3 Editorial Mc6raU;Gill eU or '>3• Warren L3 McCabe3 /peraciones 5nitarias en In(enier,a 4u,"ica3 Editorial Mc6raU;

Gill EspaFa ''3

• I3 Le#ine 1isico&u,"ica ta edición #olu"en ' ?<<!@

• 6eor(e 6ran(er -roUn3 /peraciones b*sicas de la In(enieria 4ui"ica3 Editorial Mar,nB3A -arcelona '

• PeFa D,a+ M3 “4u,"ica 1,sica Vol3 II% Editorial Al.a"bra EspaFa '!3• Marón G3 B3 y Pruton “1unda"entos de 1isico&u,"ica% Editorial Li"usa M0ico

'!!3• HOA !E SEGURI!A!3 <> <<3 UUU3&ui"ica3una"3"0IM6pd2'etanol3pd23

'<<'="• 1ic.as Internacionales de Be(uridad 4u,"ica3 /ctubre <<3

.ttp:UUU3ins.t3esIns.tWebContenidosDocu"entacion1ic.asTecnicas1IB41ic.er os<a'<<nspn<<!3pd23 '<<'=3

+3.- ANE1OS.

Me"oria de c*lculo:

2

1o

1

n

Xn-XØ =

−= 0

1 1

V n

V

1mM

1000Ø

"# "$>'3= >'3< =>3>!! =>3!!

>'3<< >'3<= =>3!' =>3>

><3>!! ><3>!S' =>3!'> =>3!>

><3' ><3!!! =>3' =>3SS

% "$# "$& V& &

>'3 >S3='= =>3!''! S3>== '3'<'

>'3 >'3!!' =>3!''! S3>== '3<=



>'3 >'3<SS =>3!< S3>== '3<SS

>'3!<<= ><3!!< =>3!'! S3>== '3<'S

>'3'>< ><3== =>3'' S3>== '3<<>!

' () '* =3'!> SS3! '3!<

'3><== S'3'<!> '3>>

<3!>S '3!S <3!S

<3=!! '3>! <3>'S!

<3' >3!! <3S=S<

−−−=

e 0

0 W W W W

m 1000 M 1

ρ Ø

p

e V W W −= ρ

1 1

2

M n 1000 n m =

CUESTIONARIO'@ E*))* $()))9 $*'#);') $ <#='$ '#* &*)3



El #olu"en "olar parcial es una propiedad la cual depende del n$"ero de "oles de cadaco"ponente en una solución de los #ol$"enes "olares parciales es el #olu"en total de lasolución3

@ * = )$*&*$)9 (>) $ #$&# $ <#='$ '#* &*).

El #olu"en "olar parcial del soluto ca"bia con respecto a su concentración "olar pero el

#olu"en total de la solución es el "is"o3

5na e0plicación (ra2ica "uestra &ue los #ol$"enes totales "edidos para una serie de

disoluciones donde las "e+clas tienen el "is"o nu"ero de "oles de disol#ente pero di2erentenu"ero de "oles de soluto a presión y te"peratura constante3

3? @P#* = $ $#*$' $ E=$* &* (=)#$ #'#D$ $ &)$ &*#&)$$ $*'#);') #'# $ <#='$

Ya que una propiedad termodinámica es función homogénea de grado 1 con respecto al

conjunto de variables de las que depende el estado del sistema. Entonces si (P, T, n) son

variables independientes de las cuales depende el estado del sistema, entonces el volumen

será una función homogénea de grado uno respecto al conjunto de variables independientes

extensivas (P, T,n).

4? EF&)* )($*$) $*$ <#='$ '#* &*) G <#='$ '#* &*$$. @Q=*$)9 G $*$ $#

El #olu"en "olar aparente se de2ine co"o la di2erencia del #olu"en total de la "e+cla y el#olu"en del sol#ente entre el nu"ero de "oles del soluto3



5? E $. !? @= )D)() ) +,,,K

Dic.o #alor se re2iere a los "ililitros ?"l@ de solución en &ue se disuel#e el soluto el cual seusa para calcular la "olalidad3

>@ @C9'# $ #)$$ $. ++? &*)* $ $. 7? M#** 3

Esta e0presión se obtiene en base a &ue se trabaJa con un electrolito y por lo tanto resultacon#eniente e0presar la co"posición en tr"inos de la "olalidad la ecuación ?!@ nos "uestra&ue el #olu"en "olar parcial del sol#ente en la "e+cla au"enta a partir de una concentración"olar inicial la cual ta"bin depende de la concentración del soluto a T y P constantes3

7? @C9'# $ #)$$ $. +5? &*)* $ $. +2? '#**.

El #olu"en "olar parcial del soluto se obtiene a partir de la tendencia del #olu"en parcialaparente del soluto en la "e+cla y este ca"bia con respecto a la concentración tanto del

sol#ente co"o del soluto3

8? @C=;$ # $=)#$ &* $$*')* v́1 G v́

2 .

∂∂

−=

m

Ø

2

n m

1000

M V V 1 1

1 0

1

∂∂

+=m

ØØV

02

2

m 3

!? @P#* = $ *$) *(#*')9 $ m √ m .

Por&ue es una 2or"a de e0presar la deri#ada del #olu"en "olar aparente y as, poder (ra2icar para obtener una #ariación lineal con respecto √ m 3

+,? @Q= # $F&$*)'$$ $ *$=)$*$ &* ='&)* # $ #$)<# $ )<).$*))* $ &*#$)')$# D$$* $ ;=# $ <#'$$ '#*$ &*)$ ## $F&$*)'$$.

Las #ariables "*s i"portantes a considerar es el peso del picnó"etro y la te"peratura ya&ue el peso depende directa"ente del #olu"en y la densidad de la te"peratura3

As, para el procedi"iento del peso se la#o per2ecta"ente el picnó"etro se seco y se lle#aronlas condiciones necesarias para tener un #alor con2iable esto se reali+o para todas las

pesadas para "antener la T cte3 se procedió a utili+ar un baFo "ar,a a una te"peratura deC cte3 despus de adicionar la disolución para lle(ar a un e&uilibrio tr"ico todas lasoluciones se pesaron dos #eces para ase(urar los #alores re(istrados3Los datos e0peri"entales re&ueridos 2ueron el peso del picnó"etro tanto #ac,o co"o cona(ua pura y con las disoluciones3

++? M$)#* G $F&)* =# '$# = &))9 &*;) )=*) $ #$&#$*'#);')# <#='$ '#* &*).



Baber cu*ntos "oles tienes del (as o li&uido y en base a eso se deter"ina el #olu"en"olar para despus obtener el #olu"en &ue ocuparan en el recipiente ya sea tan&ue oreactor y deter"inar el ta"aFo del recipiente y sus di"ensiones3

HOJAS DE SEGURIDAD.

G/)A DE DAT/B DE BE65RIDAD A65A DEBTILADA

Propiedades físicas y químicas

Aspecto:

Líquido transparente e incoloro.

Olor:

Inodoro.

Punto de ebullición: 100!

Punto de "usión: 0!Presión de #apor: $20!% 2& 'Pa

(ensidad $20)*%: 1+00

,olubilidad: ,oluble en etanol.

p +0 / +

!onducti#idad: 1+-*+0 'os)c

(urea: 31+0 pp

G/)A DE DAT/B DE BE65RIDADCL/R5R/ DE B/DI/



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