FACULTAD DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO, PETRÓLE O, GAS GAS NATURAL Y PETROQUÍMICA LABORATORIO
VOLUMEN DE MEZCLADO Y VOLUMEN MOLAR PARCIAL INTEGRANTE PALACIOS PA LACIOS AVILES DENIS RICARDO
FECHA DE REALIACIÓN! REALIACIÓN !
1"#0"#1$
FECHA DE ENTREGA! 03#10#1$
1
20144063D
ÍNDICE I.- OBJETIVOS………………….………………………………………….. 3 II.- FUNDAMENTO TEÓRICO……………………………………………..3
II.-MATERIALES Y EQUIPOS……………………………………………..6 IV.-PROCESO EXPERIMENTAL………………………………………… 7 V.-CUESTIONARIO……………………………………………………….. VI.- OBSERVACIONES……………………………………………………! VII.- CONCLUSIONES…………………………………………………….! VIII.-BIBLIO"RAFIA……………………………………………………….#
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. OBJETIVOS$ Poder determinar el volumen de mezclado para cada una de las soluciones formadas, utilizando los datos obtenidos en la práctica de volumen específico de la solución y los volúmenes de etanol y agua utilizados para formar la solución. Calcular los volúmenes parciales molares para cada una de las soluciones utilizando nuestros datos experimentales del volumen mezclado y composición haciendo uso del mtodo de las intersecciones y el mtodo basado en el cambio de volumen de la mezcla. Comparar los resultados obtenidos para los volúmenes parciales molares.
%. FUNDAMENTO TEÓRICO$ Como sabemos, las magnitudes termodinámicas como la entropía, energía interna, volumen y la entalpia son extensivos por lo !ue es más conveniente para nosotros introducir magnitudes !ue no dependan de la masa y tengan un valor determinado en cada punto del sistema. "ambin son más convenientes por!ue las propiedades intensivas nos ayudan a identificar y caracterizar una sustancia pura. #oa volúmenes molares parciales son función de la temperatura, la presión y la composición fraccionaria, son magnitudes intensivas. $n otras palabras el volumen molar parcial es la velocidad de cambio del volumen al aumentar la cantidad de sustancia manteniendo constante la presión, la temperatura y las cantidades de los demás componentes. %eneralmente despus de la mezcla de lí!uidos se observa !ue el volumen de la disolución es distinto de la suma de los volúmenes de los componentes puros, debido a !ue la diferencia entre las fuerzas intermoleculares y a las diferencias entre el empa!uetamiento de las molculas en la disolución y su empa!uetamiento en los componentes puros. $n nuestro caso, mezcla binaria de etanol y agua, estos cambios de volumen de mezcla se deben a las variaciones de las interacciones moleculares.
3
SUSTANCIA PURA$ #as sustancias puras son a!uellas !ue están formadas por partículas iguales. "ienen propiedades específicas bien definidas. $stas propiedades no van a variar, aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla.
DISOLUCION IDEAL Y REAL$ &na disolución es una mezcla homognea, es decir, es un sistema formado por una sola fase !ue contiene más de un componente. Por otro lado la &'()*+,' '&/0* es a!uella en la cual las molculas de las distintas especies son tan seme'antes unas a otras !ue las molculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin variación de la estructura espacial de la disolución o de la energía de las interacciones intermoleculares.
V1 2 V V% (onde) *m) volumen de la mezcla. *+) volumen del componente + puro. *) volumen del componente puro. $n cambio cuando hablamos de una &'()*+,' 4/0*, es a!uella en la !ue las molculas de las distintas especies son muy diferentes unas de otras !ue las molculas de uno de los componentes no pueden sustituir a las del otro y por lo tanto se produce una variación de la estructura espacial de la disolución y de la energía de las interacciones moleculares.
V1 5 V V% VOLUMEN MOLAR PARCIAL$ Cuando la temperatura y la presión se mantienen fi'as, el volumen de la mezcla será una función de los números de moles según la siguiente expresión)
V2.2 89 %: -i multiplicamos el número de moles de cada componente manteniendo invariables sus proporciones, el tamao de la mezcla se multiplicará, pero el valor 4
del volumen por mol de mezcla /*0 se mantendrá invariable, es decir el valor de * es función lineal del número total de moles.
MA"NITUDES MOLARES PARCIALES$ $l volumen de una solución cambia continuamente a medida !ue se modifica su composición. $sta variación podemos expresarla a travs del volumen molar parcial , la cual se define como la variación de volumen !ue se produce al agregar un mol de componente 1x2 a una cantidad muy grande de solución, de tal forma !ue la composición de sta no varíe)
V)*+1/ 1)*04 2 8;V< ;':'9P9T Por otro lado para una solución binaria, el volumen total de la solución !ueda expresado por la siguiente ecuación, a P y " constantes)
V 2 . 8V)*+1/ =04,'0* %.)*>1/ =04,'0*% : (onde)
V)*+1/=04,'0* $ *olumen molar parcial del solvente. V)*+1/=04,'0* %$ *olumen molar parcial del soluto. $xisten dos mtodos para determinar por vía experimental cual!uiera de las propiedades molares parcial)
-M?@)&) &/ *0 =/&'/@/$ Para medir el volumen molar parcial del componente , se preparan disoluciones con el mismo número de moles del disolvente + /n +3cte0, pero variando el número de moles del componente , traba'ando a presión y temperatura constantes. -egún este mtodo lograremos ver !ue para una serie de disoluciones en donde las mezclas tienen el mismo número de moles de disolvente /componente+0 pero diferente número de moles de soluto /componente0, a P y " constantes. #a pendiente de la recta tangente a la curva, a cual!uier composición será el volumen molar parcial de componente , y una vez obtenido este, será fácil conocer el volumen parcial del disolvente utilizando la ecuación)
V 2 . 8V)*+1/ =04,'0* %.)*>1/ =04,'0*% :
5
-M?@)&) &/ *0( )4&/0&0( / /* )4'/$ Preparamos una serie de disoluciones a diferentes fracciones molares del componente + y del componente , luego se representa los volúmenes molares medidos para estas disoluciones, /*3*4n, siendo n3n +5 n0 frente a la fracción molar de uno de los componentes .
3. MATERIALES Y EQUIPOS$ -B0*00.
-T/411/@4).
6
-P',1/@4).
-P4)/@0.
-P'=/@0.
-P',/@0.
-B0* &/ )&) =*0).
-E@0)*.
!. PROCESO EXPERIMENTAL$ $n el proceso experimental seguiremos los siguientes pasos) a0 Pesamos el picnómetro seco y vacío
W 1=22.8532 gr . 7
W 1
b0 #lenamos el picnómetro con agua destilada y pesamos, obteniendo
W 2
W 2=73.6554 gr .
c0 (eterminamos el volumen del picnómetro utilizado) W 2−W 1 V picnometro = ρ H O 2
V picnometro =
73.6554
−22.8532 1
d0 Preparamos soluciones de
=50.8022 ml
C 2 H 5 OH /etanol0 al 67,867,967,:67 y
;67en peso. Para la preparación se sigue el siguiente cuadro
P)4,/@0/ &/ /@0)*
V H 2 O ( ml )
V etanol ( ml )
20%
80
25.35
40%
60
56.7
60%
40
76.05
80%
20
101.4
90%
10
114.7
e0 #lenamos el picnómetro con
C 2 H 5 OH /etanol0 y pesamos
W 3
W 3= 64.0610gr . f0
(eterminamos la densidad de las diferentes soluciones de etano, utilizado)
ρetanol =
W 3−W 1 V picnometro
Para etanol al 67
8
W 3=72.3160 gr .
ρetanol =
72.3160
−22.8532gr .
50.8022 ml
36.;<=9 ml
Para etanol al 867
W 3=70.4426 gr .
ρetanol =
70.4426 gr
−22.8532 gr .
50.8022 ml
3 6.;=9< ml
Para etanol al 967
W 3= 68.4970gr .
ρetanol =
68.4970 gr
−22.8532 gr .
50.8022 ml
3 6.:;:8 ml
Para etanol al :67
W 3= 65.9930gr .
ρetanol =
65.9930 gr
−22.8532 gr .
50.8022 ml
3 6.:8;+ ml
Para etanol al ;67
W 3= 64.9270gr .
ρetanol =
64.9270 gr
−22.8532 gr .
50.8022 ml
3 0.8280 ml
: C0*'40&) &/* )*+1/ &/* P',1/@4) Pesar el picnómetro /incluido el tapón0 vacío y seco en la balanza de presión.
1
>notar la masa del picnómetro vacío =',.0,). (espus llenarlo con agua hasta el borde y se introduce el tapón. $l exceso del agua sale por el capilar del tapón. $l volumen !ue vamos a determinar es el !ue ocupa el agua hasta la marca de enrase, por lo tanto hay !ue enrasar con una pipeta pasteur o un papel. #uego volvemos a pesar, secándolo por fuera para no cometer errores en la medida, y anotar la masa del picnómetro con agua,
1%O. >sí pues? el volumen
del picnómetro o volumen aparente, V0=04/@/9 viene definido por)
9
V aparente =
m pic+ H O−m pic. vacio 2
ρ H O ( p . T ) 2
H384:
Porcenta' e de etanol
%K
H84:
0=04/@/81* :
DE/gr4ml0
72.3160
22.8532
@+.86::
6.;<=9
!K
<6.889
22.8532
@+.86::
6.;=9<
6K
9:.8;<6
22.8532
@+.86::
6.:;:8
K
9@.;;=6
22.8532
@+.86::
6.:8;+
K
98.;<6
22.8532
@+.86::
6.::6
V aparente =
73.6554
−22.8532
0.9982 gr/ ml
3@+.86:: ml
#a densidad del agua las presiones de P y " del laboratorio, se debe buscar en el AandBoo
G: D/@/41'0,' &/* P/() A=04/@/ &/ +0 &'()*+,'
(ado una disolución de etanol de la !ue partimos es del ;97 v4v, debemos calcular a !ue 7 en peso corresponde para poder preparar una serie de disoluciones acuosas de etanol /;6, :6, 96, 86 y 67 en peso de alcohol0. -e define P/() A=04/@/ &/ +0 &'()*+,'9 H 9 como)
H2
m ( disolucion + picn ó m . )−m ( picnó m vacio) V aparente
Por tanto, el peso aparente tiene unidades de densidad /g4ml0. #a densidad de estas soluciones se puede expresar como)
10
(onde H y H son los pesos específicos del li!uido y agua respectivamente. ( es la densidad del agua y d densidad media del aire.
´ etanol =V 2= V ´ agua =V 1= V
1
ρ2 1
ρ1
M etanol
M agua
#. CUESTIONARIO$ a0 Fegistrar los datos de temperatura y densidad del agua destilada.
@8,:
ρagua dstilada ( gr / ml )
@
6.;;:
b0 Fegistrar la densidad del etanol puro
ρetanol puro =0.79 gr / ml
&sando la fórmula)
ρetanol =
W 3−W 1 V picnometro
ρetanol puro =0.80801 gr / ml c0 determine los volúmenes del etanol y agua agregados para formar las soluciones. porcenta'e de etanol
V%81*:
V/@0)*81*:
20% 40% 60% 80%
80 60 40 20
25.35 56.7 76.05 101.4
11
90%
10
114.7
d0 Completar los datos obtenidos en la siguiente tabla. Concentración /70
% ! 6
nagua ( mol )
netanol ( mol )
X agua
X etanol
ρ (
6.@== +.+@+ +.8<+ +.:@< .66
6.:; 6.<8 6.96+ 6.=<= 6.+@
6.+6: 6.@: 6.=;; 6.9< 6.<:@
6.;<=9 6.;=9< 6.:;:8 6.:8;+ 6.::6
8.8=8 =.=@ .+< +.+6: 6.@@8
gr ) ml
e0 (eterminación del volumen parcial por el M?@)&) &/ *0( )4&/0&0( / /*
)4'/. -e utilizara este mtodo por!ue en el experimento se realizó una serie de disoluciones a diferentes Gracciones molares de agua y etanol. (e la tabla = y 8 se puede apreciar !ue H 3 DI entonces DI 3 /D= J D+04* (onde D= J D+) Kasa de la disolución. *) *olumen de la disolución. Feemplazando en la en la ecuación se obtiene) * 3 @+.69<: ml -e debe aclarar !ue el valor de * es igual para todas las concentraciones lo cual demuestra la $xperiencia en el laboratorio donde la mezcla en el picnómetro siempre estaba llena.
Concentración /70
% ! 6
nagua ( mol )
netanol ( mol )
Moles
Totales 8.8=8 =.=@ .+< +.+6: 6.@@8
6.@== +.+@+ +.8<+ +.:@< .66
12
8.;9< 8.8<9 =.9:: .;9@ .@<8
V n ( ml ) mol
+6.=@6 ++.8:@ +=.;=; +<.==: +;.;<
Graco V/n vs a!"a 25
20
f(x) = 6.16x^2 - 21.39x + 24.36
15
10
5
0 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.7
0.8
0.9
Grafco V/n vs X etanol 25
20
f(x) = 6.16x^2 + 9.07x + 9.13
15
10
5
0
0
0.1
0.2
0.3
Concentración /70
0.4
V agua ( ml ) 13
0.5
V etanol
0.6
=04,'0*
( ml ) =04,'0*
% ! 6
8+.9 =;.@< =<.9<< =8,+9: =+.=96
+6.+: ++.::+ +=.<=+ +<.86 6.68:
6. OBSERVACIONES$ Con el fin de determinar las magnitudes molares parciales debemos tener en cuenta la manera en !ue se realizó el experimento en el laboratorio. (ebemos de mantener seco el picnómetro por dentro y fuera de este, para poder determinar el peso del picnómetro con el menor error posible. "enemos !ue tener cuidado al momento de llenar al ras el agua o las concentraciones de etanol para aumentar la precisión de los datos. $n el caso de !ue el picnómetro contenga oxígeno, debemos completar con agua destilada hasta poder llenarlo por completo. "ener en cuenta !ue el volumen de la mezcla ocupado del picnómetro debe estar al ras para obtener me'ores resultados.
7. CONCLUCIONES$ >l momento de mezclar dos sustancias reales, el volumen de la mezcla es menor a la suma de los volúmenes de cada una de las sustancias. >l momento de aumentar la concentración de etanol hacemos !ue el volumen molar parcial de etanol sea mayor, sin embargo ocurre lo contrario en el caso del agua. #a densidad y peso disminuyen mientras aumentamos el porcenta'e del etanol. #a densidad del etanol experimental es casi igual al teórico.
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. BIBLIO"RAFIA$ %uía de laboratorio LM del curso fisico!uímica. #$*NL$, *olumen +, Gisico!uímica.=Medición.$ditorial Kc%raOAill. Gundamentos de fisico!uímica, =Medición.-amuel A.Kaaron, Carl G.Prutton. Gisico!uímica M edición, %ilbert D.Castellán.
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