LABORATORIO DE TERMODINÁMICA - UNIVERSIDAD DEL VALLE VOLUMEN MOLARES PARCIALES Burbano, Juan David (1423133); Pérez, Kevin David (1425650). 30 de mayo de 2017. Departamento de Química – Universidad del Valle. Resumen. Se obtuvieron valores experimentales de volúmenes molares parciales a partir de una solución binaria compuesta de etanol y agua a distintas concentraciones. Se calcularon densidades a partir de masas y volúmenes de los recipientes empleados. Con estos datos se observó el comportamiento lineal entre los volúmenes molares y la fracción molar del etanol. Este comportamiento encontrado es cercano al teórico, y las posibles desviaciones se deben a las interacciones en la solución. Palabras clave: volumen molar parcial, interacciones, fracción molar.
Introducción. Las
propiedades
que
caracterizan
𝑉𝑚 =
sistemas
𝑋𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + (1 − 𝑥𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 )𝑀𝑎𝑔𝑢𝑎 𝜌𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎
termodinámicos se clasifican en intensivas y extensivas,
Los datos obtenidos con la ecuación anterior, se
siendo las primeras independientes de la masa como la
graficaron en función de la fracción molar del etanol,
densidad; por lo tanto, es de resaltar la no aditividad de
obteniéndose la figura 1
obtener una solución se mezclan 30 mL de etanol y 70 mL de agua obteniéndose un volumen final de 97 mL y no de 100 mL debido a que el empaquetamiento molecular cambia respecto a los componentes puros; es decir
los
volúmenes
molares
parciales
de
los
componentes puros en una mezcla cambian con la composición debido a que el entorno de cada molécula
Volumen molar (mL/mol)
estas. La mezcla de sustancias no es ideal es decir para
Volumen molar de la solución EtOH-Agua 60 40 y = 38,194x + 17,889 R² = 0,9998
20 0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Fracción molar del EtOH
también lo hace. Definiéndose el volumen parcial, donde se expresa el cambio en el volumen de la mezcla Vm al
Figura 1. Volumen molar de la mezcla vs la fracción molar de etanol
aumentar la cantidad de moles del componente. En el desarrollo de esta práctica se determinará el volumen molar parcial del etanol y el agua. (1)
De la figura anterior podemos inferir de que la relación entre la fracción molar y volumen molar, es lineal, es decir, son directamente proporcionales, en donde al
Metodología. Se preparan 7 muestras que corresponden a etanol puro, agua pura y 5 mezclas etanol-agua. Se determina la densidad para las 7 muestras y se determina el volumen molar de cada una de las 5 soluciones preparadas.
aumentar la fracción molar, también aumenta el volumen molar. Esto es diferente a lo que sucede con el volumen parcial del agua, debido a que este disminuye. Con lo cual podemos decir que el volumen parcial de cada componente cambia al estar en una mezcla con distintas proporciones. Por otra parte, las variaciones del volumen
Resultados y discusión. Se determinó el volumen molar en cada una de las mezclas a partir de la siguiente ecuación
molar con respecto a la fracción molar, se deben a las interacciones moleculares que se presenta la solución (2).
LABORATORIO DE TERMODINÁMICA - UNIVERSIDAD DEL VALLE
Posteriormente se calculan los volúmenes molares
las diferencias en tamaño y forma de las moléculas que
teóricos y su respectiva variación con los experimentales.
se mezclan. Por lo tanto, se puede decir que debido a las
Estos datos se asignaron a la figura 2 en donde se
grandes interacciones entre las moléculas de agua con el
grafican en función de la fracción molar
etanol el volumen de la disolución disminuye y son las principales causantes de las desviaciones con respecto
Fracción molar de etanol Xe 0
al comportamiento ideal de la solución. 0
2
4
6
8
10
ΔVm/n (mL/mol)
-2 -4
Conclusiones.
-6
Con los resultados obtenidos se concluye que el volumen
-8
molar parcial es directamente proporcional a la fracción
-10
molar del etanol, siendo esto cercano a lo encontrado
-12
teóricamente. También se define que las principales
ΔVm/n vs Xe
desviaciones Figura 2. Diferencia de los volúmenes molares teóricos y
los volúmenes es negativa, es decir que los volúmenes teóricos son mayores que los experimentales, lo cual lo
mencionado
anteriormente,
provienen
de
las
alrededor del 0.5 con respecto a la fracción molar se encuentra el mínimo de la gráfica, lo cual indica la mayor interacción entre soluto-solvente y esto puede ocurrir ya que el etanol y el agua pueden formar interacciones de enlaces de hidrogeno, las cuales tienden a estabilizar el sistema. Además, este mínimo indica que en esta concentración se da el mayor empaquetamiento, es decir donde se obtiene el menor volumen molar (3).
siendo estas los enlaces de hidrogeno presentes en la solución binaria
Referencias. (1) Calderon, A. Gases Ideales; Guia de laboratorio. Termodinamica, 2015 (2) Atkins,
P.,
termodinámica
de
Paula,
de las
J.
Descripción
mezclas: Magnitudes
molares parciales, en: Química Física. Editorial Médica Panamericana. China, p 137. (3) Levine, I. N. Volumen I, En: Fisicoquímica. McGraw-Hill, Estados Unidos. 315-316p.
De lo anterior podemos decir que en el volumen molar parcial quedan expresadas las diferentes interacciones moleculares que determinan el empaquetamiento de varias moléculas de solvente en torno a las moléculas de soluto. A este efecto se le conoce como solvatación y se explica a nivel molecular por las diferencias entre
las
fuerzas intermoleculares existentes en la disolución con respecto a las existentes en los componentes
empaquetamiento se dan las interacciones más fuertes,
las
interacciones entre el agua y etanol. Se observa que
También se explica
resultados
Por último, se concluye que en el punto de mayor
Como se observa en la gráfica anterior, la diferencia de
por
los
interacciones moleculares del sistema soluto-solvente.
experimentales
ocurre
de
puros.
por las diferencias entre
el
empaquetamiento de las moléculas en la disolución y su empaquetamiento en los componentes puros, debido a
