Universidad de Chile Facultad de Ciencias Departamento de Química Licenciatura en ciencias mención Química Cinética y Electroquímica
Informe de laboratorio Nº 1 Volúmenes molares parciales en mezclas binarias.
Valentina Varinia Rojas Candia 02 de abril, 2018
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RESUMEN. En este laboratorio se realizó la medición de volúmenes molares parciales de mezclas binarias compuestas por metanol y agua a distintas concentraciones (20, 40, 60 y 80 % v/v) mediante la utilización de un picnómetro y la medición de las masas de las diferentes soluciones. Para obtener dichos volúmenes se graficó una curva de los datos medidos en función de vs % v/v, obteniendo así la tangente. Finalmente, se analizó las interacciones entre metanol y agua para ver como se relacionaba esto con los cambios de vol úmenes molares parciales.
/
I. I NTRODUCCIÓN. Existen magnitudes tanto extensivas como intensivas. Una magnitud extensiva es aquella que depende de la cantidad de materia que tiene la sustancia o el entorno que lo rodea, lo que le permite ser una magnitud aditiva, por otro lado, una magnitud intensiva es aquella que no depende de la cantidad de sustancia. Estas dos magnitudes se encuentran relacionadas por medio de lo que se conoce como una propiedad molar parcial, esta se utiliza para designar la propiedad de una sustancia cuando se encuentra mezclado con uno o varios componentes. La propiedad molar parcial la representaremos como , que es igual al valor extensivo de una muestra X dividido por la cantidad de sustancia presente n, por lo tanto, tenemos que:
= 1 Donde este cociente genera una propiedad intensiva. Un ejemplo de aquel resultado es lo que se conoce como volumen molar parcial . Cuando tratamos con mezclas que poseen varios componentes nos referimos a las propiedades molares parciales y una de las características es que las propiedades de los componentes de la mezcla varían al cambiar la concentración de la mezcla. La constante interacción entre las moléculas y el entorno molecular cambiante es lo que provoca que las propiedades termodinámicas de una mezcla se modifiquen a medida que se altera su composición.
picnómetro vacío, , por la densidad del agua , a las condiciones de presión y temperaturas del laboratorio. Definimos el peso específico como W’, que es el cociente
entre + menos por el
3 = +
Para calcular la densidad de las distintas disoluciones, la calculamos de la siguiente manera:
′ = 4 Donde W’
es el peso específico de las disoluciones compuestas por metanol/agua y W el peso específico del agua, D la definimos como la densidad del agua y d como la densidad del aire, siempre y cuando se tenga presente tanto la temperatura como la presión ambiente. También será necesario utilizar el método de las intersecciones, que se ocupa cuando se preparan una serie de disoluciones a diferentes fracciones molares (X 1 y X 2), y se representan los volúmenes molares medidos para estas disoluciones frente a la fracción molar de uno de los 2 componentes presentes, X 2 o X1. Para aquello, trazamos la línea tangente a la curva experimental en el valor deseado de la fracción molar X 2, y la intersección de esta tangente con el eje y, por ejemplo, X 2 = 0, da el volumen molar parcial del componente 1 a dicha composición, mientras que la intersección de esa misma tangente con el eje y a un valor de X 2=1 da el volumen molar parcial del componente 2. Tal como se muestra en la figura 1. Por ejemplo, para nuestro caso, para determinar el valor del volumen molar del agua pura, en la ecuación de la recta tangente, ocuparemos X = 0, para hallar 1/densidad donde luego esta se multiplicará por la masa molar del agua pura.
̃ = (1⁄)× 5
El objetivo principal de este laboratorio como ya se nombró anteriormente es medir los volúmenes molares parciales de una mezcla binaria metanol/agua a diferentes concentraciones, presión ambiente y a una temperatura constante. Donde se utilizará un picnómetro, instrumento de vidrio, que nos permite determinar densidades o peso específico de sustancias o mezclas tomando como referencia la densidad de una sustancia conocida, en nuestro caso tomaremos la densidad de agua como referencia a la temperatura de 26 ºC. Para poder determinar los volúmenes molares parciales de la mezcla metanol/agua, será necesario utilizar las siguientes expresiones:
2 = + ,
II. MATERIALES.
Donde es igual a la división entre la masa del picnómetro mas el agua, + , menos la masa del
Picnómetro Pesa digital Pipeta Pasteur
Baño termorregulador Soluciones de metanol/agua a concentraciones (20, 40, 60 y 80 %) Piseta con agua destilada
distintas
III. PROCEDIMIENTOS. 1. Masar el picnómetro vacío. 2. Con la pipeta Pasteur ambientar con una de las soluciones el picnómetro. 3. Enrazar con la solución ambientada el picnómetro y luego añadirlo a un baño termorregulado durante 5 minutos. 4. Una vez que hayan pasado los 5 minutos del baño, pesar el picnómetro más la solución. 5. Repetir procedimiento con todas las soluciones.
953,0 [ℎ] 26,4 [° ] 0, 997 [/ ] 1,101× 10− [/] 18,02 [/] 32,04 [/]
Tabla 1: Datos requeridos para la determinación de los volúmenes
molares. Masa picnómetro vacío Número del picnómetro Volumen total del picnómetro
Luego con las ecuaciones (3) y (4) y calculamos W’ y 1/ completando tabla 4:
+ [g]
% v/v 20 40 60 80
27,17 26,86 26,51 26,01
Tabla 5: W’ y 1/
W’ [g/ml]
0,969 0,939 0,906 0,858
calculados.
con
1/ [mL/g] 1,032 1,064 1,104 1,165
Con los siguientes valores obtenidos, se obtiene el gráfico 1 en función de 1/ vs %v/v , con fit exponencial.
IV. DATOS BRUTOS. Presión atmosférica Temperatura ambiente Densidad del agua (26ºC) Densidad del aire a (25ºC) Masa molar agua Masa molar metanol
Utilizando y la ecuación (2), despejamos la masa del picnómetro más la del agua y con la ecuación (3) hallamos W del agua. W=0,997 g/mL
17,07 [] 54 10,421 [ ]
ExpDec1
Model
1,18 1,16 1,14
) g / L1,12 m ( d a1,10 d i s n e1,08 d / 1 1,06
1/densidad ExpDec1 Fit of Sheet1 B"1/densidad"
y = A1*exp(-x/t1) + y0
Equation Plot
1/densidad
y0
0,95866
A1
0,05239
t1
-58,33558 5,54495E-6
Reduced Chi-Sqr R-Square(COD)
0,99944
Adj. R-Square
0,99832
1,04 1,02
Tabla 2: datos del picnómetro.
20
30
40
50
60
70
80
% v/v
Soluciones metanol/agua [% v/v]
Masa picnómetro + mezcla metanol/agua [g]
20 40 60 80
27,17 26,86 26,51 26,01
y=A1*exp(-x/t1)+ y0.
Para hallar los volúmenes molares tanto de metanol y de agua, se trazó la tangente a la curva para cada concentración de la mezcla (20, 40, 60 y 80 %v/v).
Tabla 3: datos medidos.
V. TRANSFORMACIÓN DE DATOS.
Presión atmosférica Temperatura ambiente
vs %v/v, fit exponencial de color rojo, ecuación
Gráfico 1: 1/
0,941 [atm] 299,4 K
Tabla 4: conversión de unidades de la tabla 1.
VI. CÁLCULOS Y GRÁFICOS El volumen total del picnómetro (registrado en la tabla 2) será igual a . Por lo tanto, se tiene que:
= 10,421 3
Concentración del 20%, recta tangente (color verde) a la curva (color rojo) posee la ecuación de la recta y = 0,99983 + 0,00163*x. Gráfico 2:
Gráfico 5: Recta tangente (color verde) a la curva (color rojo) de la
concentración 80%. La ecuación de la recta tangente a la curva es y= 0,91846 + 0,00308*x.
Para determinar los volúmenes molares de metanol y agua nos basaremos en la ecuación (5) y los datos de la tabla 1. Por lo tanto, se obtiene lo siguiente:
⁄
⁄ ⁄ ⁄
% v/v
1/
1/
20 40 60 80
1,163 1,171 1,205 1,226
0,9998 0,9906 0,9543 0,9185
37,26 37,51 38,62 39,30
18,02 17,85 17,20 16,55
Tabla 6: Valores obtenidos de interceptos y volúmenes molares
parciales calculados a las distintas concentraciones. Gráfico 3: Recta tangente (color verde) a
la curva (color rojo) de la concentración 40%. La ecuación de la recta tangente es y =0,9906 + 0,0018*x.
Gráfico 4: Curva (color rojo) al 40 %, recta tangente (color verde)
posee la ecuacion y = 0,95432 + 0,00251*x.
R EFERENCIAS [1] P.Atkins, J. de Paula, “Química Física” 8ª edición. Buenos Aires:Editorial Médica Panamericana, 2008, pág. 959-960 [2] https://sdvsfjulian.wordpress.com/i-corte/magnitudes-fisicas/tipos-demagnitudes-fisicas/magnitudes-extensivas-e-intensivas/ [3] CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Edition, 2003-2004, sección 6-5, pág. 980. [4] Raymond Chang. Química, 10° edición McGraw-Hill Companies (2010), pág. 204.
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