UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL FÍSICO-QUÍMICA II QU435-A 2015-1
VOLUMENES MOLARES PARCIALES
PROFESORES:
ING. KARIN PA PAUCAR UCAR CUBA
INTEGRANTES GRUPO 1
MUÑOZ VILLEG VILLEGAS AS EDWARD E DWARD JOSUÉ JOS UÉ TARAZONA TAR AZONA CRUZ KATHERIN OCHOA ALVA JHONNY
29 DE ARIL DE 2015
CONTENIDO 1 Objetivos................................................................... Objetivos.................................................................................................................................................... ................................................................................. .... 2 Fundamento teórico........................................................................................ teórico............................................................................................................................. ........................................... ...... .... 2.1 Volúmenes Volúmenes olares !arciales....................................................................... !arciales............................................................................................................ ..................................... .... 2.2 "elación "elación entre el volumen de la disolución disolución # los volumenes molares molares !arciales.... !arciales.......... ............ ........... ........... .......... ........ .... 2.$ etodo de intersecciones..................................... intersecciones.................................................................................................................. ............................................................................. .... $ Datos.............................................................. Datos.......................................................................................................................................................... ............................................................................................ .... $.1 Datos e%!erimentales.......................................... e%!erimentales.................................................................................................................. .............................................................................. ...... ....
$.2 Datos biblio&r'(icos.......................................................................................................................... .... ) Tratamiento de datos...................................................................................................................................... *. discución de resultados................................................................................................................................ .... +. Conclusiones.................................................................................................................................................... ,. -iblio&ra(a......................................................................................................................................................
VOLÚMENES MOLARES PARCIALES 1
O-/ETIVO0 •
2
1
a e%!eriencia consiste en la medición de la densidad de meclas de etanol # a&ua con distintas com!osiciones # la determinación de los volúmenes molares !arciales e%!erimentales del a&ua # etanol mediante c'lculos en los datos de densidad .
F3ND4ENTO TE5"ICO
2 .1
V O 3 EN E0 64" CI 4 E0 1 Cantidades molares !arciales nos dicen cómo las !ro!iedades de las soluciones cambian con la concentración. Nosotros necesitar' saber cantidades molares !arciales !ara todas las e%tensas !ro!iedades de una solución7 inclu#endo V7 87 97 07 # 4. 6or ejem!lo7 el volumen molar !arcial es im!ortante en la oceano&ra(a # acu'ticos ciencias del medio ambiente7 !or lo :ue se mide el volumen molar !arcial de soluciones de NaCl en este laboratorio. Otro ejem!lo es :ue se necesita volumen molar !arcial en bio:umica !ara cuidado c'lculos de los !esos moleculares de !rotenas # 'cidos nucleicos usando ultra centri(u&ación. a ener&a libre de 8ibbs molar !arcial7 :ue se llama el !otencial :umico7 es (undamental !ara el estudio de soluciones. Tomemos un ejem!lo de una solución de dos com!onentes con n 1 moles de com!onente 1 # n 2 moles de com!onente 2. El cambio en la ener&a libre de 8ibbs con la concentración a tem!eratura constante # !resión es
a Ener&a libre de 8ibbs molar !arcial con res!ecto a los cambios en el número de moles de com!onente 1 es
a Ener&a libre de 8ibbs molar !arcial es la ener&a libre de 8ibbs !or mol de com!uesto en la solución. El molar !arcial Ener&a libre de 8ibbs con res!ecto a los cambios en el número de moles de com!onente 2 es
0ustitu#endo estas de(iniciones en la ecuación 1 se obtiene;
:ue determina el cambio en la ener&a libre de 8ibbs !ara los cambios en la concentración. El im!ortante !unto es :ue las !ro!iedades molares !arciales de!enden de la concentración. 6or lo tanto conocer la de!endencia de la concentración es crucial !ara la com!rensión de soluciones. De todas las e%tensas !ro!iedades termodin'micas7 el volumen es el m's ('cil de visualiar< esto tambi=n es v'lido !ara los volúmenes molares !arciales7 :ue se de(inen como
1 >4t?ins@
2
El volumen molar !arcial del com!onente 1 es el volumen !or mol de com!uesto 1 en la solución. Del mismo modo7 el volumen molar !arcial del com!onente 2 es el volumen !or mol de com!uesto 2 en la solución. El cambio total en el volumen de los cambios en la concentración de la solución es 's com!acta7 usando la ecuación de volúmenes !arciales escribimos; 6ara inte&rar esta e%!resión tenemos :ue tener en cuenta :ue V 1 # V2 de!ender' de la
concentración7 !or lo :ue debe tener cuidado de Aacer las inte&rales de una manera :ue mantiene la concentración de la constante de solución. 9acer esto7 sólo tiene :ue aBadir los dos com!onentes juntos manteniendo la concentración de la misma a medida :ue aBadimos el número total de moles de ambos com!onentes< 8ota a &ota se aBade 1 a 2 en la !ro!orción adecuada de modo :ue la solución siem!re tiene la misma concentración7 la Fi&ura 1. a inte&ral se dice entonces :ue Aacer a com!osición constante 1.
Fi&ura 1. Inte&ración a com!osición constante !uede ser visto como la adición de los com!onentes de la solución al mismo tiem!o7 siem!re a la misma concentración Aasta n1 moles de 1 # n 2 moles de 2 se Aan aBadido al vaso de !reci!itados.
Desde V 1 # V 2 aAora son constantes7 la (orma inte&rada de esta ecuación es
Esta ecuación es un resultado interesante # sor!rendentemente sim!le.
3
4
$
4TE"I4E 0 E3I6O0
Ta!ón de corcAo
atra Erlenme#er
Termómetro 6icnómetro
5
)
6"OCEDIIENTO E6E"IENT4
1. 6re!arar las meclas
2. edir la tem!eratura
92O C29*O9
$. Determinar la densidad
$.1 6esar el !icnómetro vacio $.2 6esar con la sustancia !ura $.$ 6esar con la mecla 2* m
F6icnómetro del GeldF
!
*
CHC3O0 Datos teóricos
H2O
C2H5OH
ρ 26°C
0,9967
M (g/mol)
18,015 28
0,784 3 46,07
Datos e%!erimentales
m picnómetro (g) Seco c/mues c/H2 tra O 22,67 42,84 47,2 6 T lab. (°C) 26
° M!e"tra # 2 $ % 5 6 & ' # ## #2 #$
H2 O 45 45 30 25 30 25 18 15 8 3 2 0 40
V (mL) C2H5OH
1@.
ρ1 v 1 X 1=
n1 n1 + n 2
=
m1 ρ1 v 1 ρ2 v 2 m
"
+
m
; X 1=1− X 2
1 2 2 3 5 10 10 15 20 28,3 30 30 2
dens. (g/mL 0,9936 0,9899 0,9892 0,9819 0,9755 0,9561 0,9405 0,9208 0,8722 0,8175 0,8096 0,7861 0,9922
#) *raccione" molare" (+) C2H5O H2O H 0,010 ,' # 9 0,021 ,& '% 6 0,032 ,6 & 1 0,056 ,% $& 3 0,076 ,2 5 $5 0,165 ,'$ 8 %2 0,216 ,&' 3 $& ,66 0,332 0 ' ,%% 0,554 0 6 ,#& 0,824 2 5' ,## 0,881 7 '$ , 1,000 0 ,& 0,024 2 5' 2@.
M M = X M + X M 2) Ma"a molar -e la mecla M (g/mol) #',$2 #',62 #',# #,5 2,#6
#
22,6& 2%,' 2&,$$ $$,56 %#,#% %2,&5 %6,& #',& $@.
V m=
M
Vol!me n molar -e la mecla Vm (mL/mol ) #',%% #','# #,#2 #,6 2,6& 2$, 25,6# 2,6' $',%' 5,$2 52,'# 5',6# #','%
+
"E03T4DO0
Cuadro de resumen °
9
H2O
C2H5
M
Vm
M!e"tr a
OH
#
0,9891
2
0,9784
$
0,9679
%
0,9437
5
0,9235
6
0,8342
&
0,7837
'
0,6680
0,4460
#
0,1758
##
0,1183
#2
0,0000
#$
0,9758
0,010 9 0,021 6 0,032 1 0,056 3 0,076 5 0,165 8 0,216 3 0,332 0 0,554 0 0,824 2 0,881 7 1,000 0 0,024 2
(g/mol)
(mL/mol)
18,32
18,44
18,62
18,81
18,91
19,12
19,59
19,96
20,16
20,67
22,67
23,71
24,08
25,61
27,33
29,68
33,56
38,48
41,14
50,32
42,75
52,81
46,07
58,61
18,70
18,84
Con los valores dados # obtenidos Aallaremos la &r'(ica Volumen molar total vs C 29*O9
10
Volumen molar total vs % C29*O9 ,I.II +I.II
(>%@ K J.1%L2 M $2.$)% M 1J.11 "N K 1
*I.II )I.II
Vm
$I.II 2I.II 1I.II I.II I.IIII
I.2III
I.)III
I.+III
% C29*O9
9allando los interce!tos
− ( xn ) ' =f ( xn ) X − X Y −
=
X −
G X =Y =
G V
G
X −
X +
=V = b=
−
X
=V
V =b =
11
X
1 − X
+
I.JIII
1.IIII
1.2III
Con los datos del cuadro de resumen necesitamos la !ro!orción del C2H5OH !ara el "m# H2O $ "m# C2H5OH
V =n V + n V C2H5OH .# .2#6 .$2# .56$ .&65 .#65' .2#6$ .$$2 .55% .'2%2 .''#& #. .2%2
12
Vmp Vmp H2O C2H5OH 18.105 50.623 18.102 50.793 18.098 50.958 18.080 51.333 18.059 51.639 17.883 52.910 17.727 53.572 17.214 54.932 15.620 56.935 12.605 58.296 11.810 58.433 10.007 58.546 18.101 50.835
Volumenes molares !arciles vs % C29*O9 ,I.III
+I.III
*I.III
)I.III
Vm! $I.III
2I.III
1I.III
I.III I.IIII
I.2III
I.)III
I.+III
I.JIII
1.IIII
1.2III
C29*O9 Vm! 92O
,
DI 0C 3C I5 N D E " E0 3T4D O0 •
•
•
•
J
En la &r'(ica de volumen molar de la mecla con un ajuste a una ecuación cuadr'tica se obtiene un "L2K1. Esto indica una e%celente a!ro%imación de los datos !ues no se realiaron numerosas mediciones ni estas (ueron mu# com!lejas. 4dem's :ue se utiliaron una &ran cantidad de datos teóricos sobre solo tres medidos. El c'lculo de los volumenes molares !arciales se obtuvo mediante el m=todo de los interse!tos en la curva de volumen molar vs com!oción molar de la mecla. No es im!ortante realiar las meclas a la medida e%acta :ue esti!ula la &ua7 solo es necesario tomar correctamente los volumenes utiliados !ara cada una de estas !ues de i&ual manera las mediciones ser'n un !unto distinto sobre la &r'(ica. os cambios en la !endiente teórica de la curva de volumenes molares !arciales del a&ua # el etanol vs com!osición a !enas se a!recia sobre la &r'(ica calculada. 4 !esar de no a!reciarse son correctas !or los valores :ue estas tienen.
CONC30IONE0 •
•
13
Vm! C29*O9
0e lo&ra7 solo con la medición de volumenes utiliados !ara las meclas # su densidad7 determinar los volumenes molares !arciales de cada com!onente. as mediciones !oco com!lejas Aicieron !osible la obtención de buenos valores calculados !ara las &r'(icas .
46IC4CIONE0
E(ectos de la concentración7 la tem!eratura # el Disolvente Com!osición de los volúmenes molares !arciales de sodio 0ul(onato de !oliestireno en metanol P4&ua 0olventes edios 2 os !olielectrolitos son !olmeros :ue tienen &ru!os ioniables7 :ue en !olar disolventes7 !ueden disociarse en cadenas !olim=ricas car&adas # los !e:ueBos contraiones de car&a o!uesta. 6ro!iedades de la solución de !olielectrolitos7 tanto en el !resencia # en ausencia de sal aBadida7 di(ieren considerablemente de los de neutral soluciones macromoleculares o los de electrolitos sim!les. El ori&en de esta es!eci(icidad reside en la combinación de !ro!iedades derivadas de mol=culas de cadena lar&a con los derivados de interacciones de car&a. a alta densidad de car&a en el macro ion !roduce un cam!o iónico (uerte :ue atrae iones contrarios. Esta (uerte iónica la interacción es la (uente de las !ro!iedades caractersticas de !olielectrolitos. Corriente inter=s en las soluciones !olim=ricas car&adas7 en !articular en iónico de alto !eso molecular macromol=culas7 con el a!o#o de las necesidades de la bio(sica desde bio!olmeros son normalmente car&ada en condiciones (isioló&icas # mucAos de sus bioló&ica (unciones se ri&en !or el com!ortamiento !olielectrolito. En la contabiliación de la com!ortamiento de disolución de !olielectrolitos bioló&icos # sint=ticos7 la elucidación de la interacciones entre los contraiones # &ru!os car&ados en la !oliión son de esencial im!ortancia. E(ecto !olielectrolito inclu#e tanto desviaciones del com!ortamiento de !olmeros neutros causados !or la e%istencia de car&as a lo lar&o de la cadena !olim=rica # desviaciones del com!ortamiento de los electrolitos causada !or la (ijación de un ti!o de car&os en la cadena !olim=rica. 6or lo tanto7 adem's del m=todo de caracteriación macromolecular7 tambi=n se Aan a!licado t=cnicas electro:umicas !ara investi&ar el com!ortamiento de disolución de !olielectrolitos. 6or lo :ue sabemos7 Aa# !oco trabajo en la literatura sobre el e(ecto de la tem!eratura sobre los volúmenes molares !arciales del !olielectrolito # no m's se Aa trabajado en el e(ecto de medio. os resultados son re!ortado !ara las mediciones de densidad en sul(onato!oliestireno de sodio7 un tensioactivo aniónico !olielectrolito7 en metanolPa&ua meclada medio disolvente con di(erentes relativa !ermitividad a di(erentes tem!eraturas. 3n conocimiento a trav=s del com!ortamiento de la solución de !olielectrolitos merece in(ormación sobre una variedad de (sica # :umica !ar'metros. El volumen molar !arcial es uno de los termodin'mico im!ortante !ro!iedades :ue !ueden ser útiles en la identi(icación de disolvente P soluto7 as como interacciones soluto P soluto. + 4dem's7 este volumen molar !arcial es necesaria !ara la a!licación de los m=todos de caracteriación # t=cnicas (isico:umicas7 inclu#endo ultra centri(u&ación analtica # !re!arativa7 as como !e:ueBo P de ra#os de 'n&ulo # dis!ersión de neutrones. "ecientemente !rocedimientos em!ricos Aan sido desarrollados !ara calcular # !redecir el volumen molar !arcial !ara com!uestos or&'nicos no iónicos # iónicos en soluciones acuosas. 0in embar&o7 la evaluación de estos !rocedimientos !ara !olielectrolito est' limitada !or la (alta de dis!onibilidad de los datos e%!erimentales (iables de una am!lia variedad de estructuras :umicas # las caractersticas macromoleculares. os e(ectos de la concentración7 tem!eratura # com!osición del disolvente en el volumen molar !arcial Aan sido estudiados !ara el !ol#st#renesul!Aonate !olielectrolito de sodio.
1
-I - IO8" 4FQ 4
4t?ins7 6. G. >n.d.@. Physi!" Ch#$is%&y >,tA Ed. ed.@. Das7 4. -. >2 @. PKP. "etrieved 4bril 21*7 (rom /. Ne!al CAemistr#; Att!;RRSSS.ne!jol.in(oRinde%.!A!R/NC0RarticleRvieSFileR21R1$
2 >Das7 2 @
14
15