UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE QUIMICA Y BIOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUIMICA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE PRINCIPIOS DE PROCESOS QUIMICOS II
EXPERIENCIA “VOLUMENES MOLARES PARCIALES” TEORIA: El volumen de una solución cambia continuamente a medida que se modifica su composición. Esta variación puede expresarse a través del volumen molar parcial, Ṽi Este se define como la variación de volumen que se produce al agregar un mol de componente “y” a una cantidad muy grande de solución, de tal forma que la composición de ésta no varíe: − ∂V Vi = ∂ni n j , P ,T
(1)
Para una solución binaria, el volumen total de la solución queda expresado por: −
−
V = n1 V 1 + n2 V 2 −
a P y T constantes
(2)
_
Donde V 1 es el volumen molar parcial del solvente y V 2 el volumen molar parcial del soluto. Los volúmenes molares parciales pueden evaluarse a partir de medidas de densidad. El método del volumen molar aparente es adecuado para soluciones binarias. El volumen molar aparente se define con la relación: _0
φV =
V − n1 V 1 n2
a P y T constantes
(3)
donde V es el volumen de la solución que contiene n1 moles del componente 1 y n2 moles del componente 2, y V10 el volumen molar del componente 1 a T y P dados. Ya que _0
V = n2 φV + n1 V 1
(4)
_ ∂φ V 2 = φV + n2 V ∂n2 n1 ,T ,P
(5)
Entonces
_ V − n2 V 2 1 _ 0 2 ∂φV V1 = = n1 V 1 − n2 n1 n1 ∂n2 n1 ,T ,P _
(6)
En términos de la densidad medida experimentalmente (ρ) y las masas molares M1 y M2 de ambos componentes, se tiene que: _ 0 1 n1 M1 + n2 M 2 φV = − n1 V 1 n2 ρ
(7)
Cuando se usa la escala de molalidad, n2 = m y n1 corresponde al número de moles por cada 1000 g de disolvente, por lo cual:
φV =
M 1 1000 + mM 2 1000 1000 − ρ1 − ρ ) + 2 ( = m ρ ρ1 mρρ1 ρ
(8)
Donde ρ1 es la densidad del componente 1 puro y ρ la densidad de la solución de molalidad m del componente 2 cuya masa molar es M2. El uso del volumen molar aparente en esta determinación es ventajosa, ya que el error involucrado en la determinación gráfica de la derivada de una función sólo se encuentra al evaluar el término que da la diferencia entre el volumen molar parcial y el volumen molar aparente. OBJETIVO:
Determinar los volúmenes molares parciales de soluciones acuosas de cloruro de sodio como función de la molalidad, a partir de medidas de densidad.
MATERIALES:
Picnómetro, balanza, matraces, cloruro de sodio, agua destilada. PROCEDIMIENTO:
Se preparan soluciones de cloruro de sodio en agua que contengan 2, 4, 8, 12 y 16 por ciento en peso de NaCl. A cada solución se le determina la densidad usando un picnómetro. Para ello se pesa el picnómetro vacío y luego con agua destilada, con el objeto de determinar su volumen; la densidad del agua puede obtenerse a la temperatura de trabajo, en un manual de datos. Luego se pesa el picnómetro con cada una de las soluciones anteriormente preparadas.
CALCULOS: a) Determine el volumen del picnómetro, a partir de la densidad del agua a la temperatura de trabajo. b) Calcule el volumen molal aparente para cada solución y determine el error en el volumen molar aparente partiendo de una incertidumbre en la densidad de 0,02%. c) Grafique ΦV versus m½ para obtener (δΦV/δm½)n1,T,P , de acuerdo a:
1 ∂φV ∂φV = ∂m n ,T , p 2m12 ∂m12 n , T , p i
−
(9)
i
_
d) Determine los valores de V 1 y V 2 para cada valor de la molalidad. e) Grafique estos valores en función de m. f) Determine el V de mezcla para cada solución, si se sabe que la densidad del NaCl (s) es 2,165 g/cm3. Diga si hay contracción o aumento de volumen. CUESTIONARIO (incorporar respuestas al informe): a) b) c) d) e)
Qué se entiende por: volumen molar, volumen molar parcial y volumen molar aparente? Por qué se usa la concentración expresada en molalidad?. Discuta otros métodos que pueden utilizarse en la determinación del volumen molar parcial. Discuta las principales fuentes de error del método que se ha empleado. Cómo esperaría que fuese el comportamiento de las mezclas líquidas benceno-tetracloruro de carbono, agua-etanol y benceno-tolueno?
REFERENCIAS: -
F. Daniels, R. Alberty, J. Williams, D. Cornwell, P. Bender y J. Harriman “Curso de FísicoQuímica Experimental”, Edit. Mc Graw-Hill (1972). Carl W. Garland, David P. Shoemaker, Joseph W. Nibler “Experiments in Physical Chemistry”, Edit.Mc Graw-Hill (2002).
