UNIVER UNIVERSID SIDAD AD NACIONA NACIONAL L AUT AUT NOMA DE M XICO XICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS SECCIÓN FISICOQUÍMICA LABORATORIO DE Fisicoquímica SEMESTRE 14-I PRACTICA N° 4 Volumenes Molares Parciales
GRUPO: 1301-B NOMBRE DEL EQUIPO: Equipo Nº 1 “Gatitos”
1. Mencionar en qué consisten las propiedades molares parciales. Dada la propiedad extensiva F, esta puede modificarse por variaciones en la temperatura, la presión y las cantidades de moles de cada uno de los componentes del sistema. Observe que el cambio en la cantidad de moles de los componentes no implica necesariamente cambio en la composición del sistema.
n3,....). Cualquier cambio en las variables que la definen, debe expresarse como:
- Por ejemplo, al preparar una solución acuosa de sacarosa en 1 kg de agua, h fj ú ≈5555 es), mantenemos la presión y la temperatura constantes, pero ahora podemos estudiar como afecta la propiedad F agregados de números de moles distintos de sacarosa. A temperatura temperatura y presión presión constante, constante, dF se expresa expresa como: como:
Definiremos como propiedad molar parcial a la magnitud que describe como cambia el valor de la propiedad F cuando, manteniendo todas las otras constantes, modificamos el número de moles de la especie en cuestión. Indicaremos a las propiedades molares parciales de la siguiente manera:
h - ú de moles de todos los componentes, se agrega un mol de este componente sin que se modifique la componente se le puede asignar la correspondiente propiedad molar parcial. En resumen, la propiedad molar parcial da cuenta de la contribución que cada sustancia realiza por mol a la propiedad en cuestión. Por su naturaleza es una magnitud intensiva. Esto significa que no depende de la cantidad de moles de cada uno de ellos, siempre que la composición sea constante. Si se integra la ecuación anterior pero manteniendo constante la relación n1:n2:..:nk, desde 0 hasta el número de moles que cada especie tiene en el sistema, a presión y temperatura constante, se obtiene:
2. Explicar que es el volumen molar parcial y por que varia con la composición de una mezcla. El volumen molar parcial de una sustancia A en una mezcla es el cambio de volumen por mol de A agregado a un gran volumen de mezcla. Los volúmenes molares parciales de los componentes de una mezcla varía al cambiar la composición de A puro a B puro. este entorno molecular cambiante y la consecuente modificación de las fuerzas intermoleculares, es el que produce la variación de las propiedades termodinámicas de una mezcla al cambiar su posición. El volumen parcial V1 de una sustancia J de una cierta composición se define de la siguiente manera:
()
P,T,n’
’ f á constantes. Si modificamos la composición de la solución agregado d na y d nb, el volumen total de la mezcla se modifica en:
() + ()
Manteniendo la composición constante al aumentar las cantidades de Ay B el volumen final de una mezcla se puede calcular por integración :
∫ ∫ ∫ ∫ 3. ¿Cual es la importancia de las propiedades parciales?. Desde un punto de vista físico las magnitudes parciales molares representan la variación de las propiedades extensivas debida a la adición de un mol de un componente sin que varíe la composición del sistema apreciablemente. Así cuando se mezclan 2 líquidos puede resultar que el volumen final sea igual, mayor o menor que la suma de los volúmenes mezclados. El primer caso corresponde al comportamiento ideal y es muy poco frecuente, por eso es muy importante conocer estos sistemas desde perspectivas más cercanas a los acontecimientos de los fenómenos termodinámicos.
4. Describir algún método para determinar cantidades molares parciales. Magnitudes molares aparentes. Para el cálculo de magnitudes parciales molares se hace uso frecuente del concepto de magnitud molar aparente (f Z). Esta se define en un sistema binario para el componente 2 por la ecuación: f Z2 = ( Z - n1 Z1 ) / n2 [7] donde Z es la magnitud total del sistema , Z 1 es la magnitud molar del componente 1 puro. En esta expresión vemos que mientras el concepto de magnitud molar parcial admite contribuciones de ambos componentes al comportamiento no ideal del sistema, en este caso se asume que sólo el componente 2 es el causante de la desviación de la idealidad, de aquí el nombre de aparente. Para una solución perfecta (y para soluciones muy diluidas):
Vk = V k = f Vk [8] La utilidad de las magnitudes molares aparentes radica en su aplicación al cálculo de magnitudes molares parciales. Si en la ecuación [7] despejamos el volumen total V y derivamos respecto a la cantidad de sustancia del componente 2 se tiene: (dV/dn 2)T,P,n1 = V 2 = f V2 + n2 (df V2/dn2)T,P,n1 [9]
Método de las intersecciones. En este método se traza un gráfico con variable dependiente volumen por mol de mezcla y variable independiente fracción molar de uno de los componentes. Para hallar los volúmenes parciales molares se traza la tangente a la curva antes mencionada en el punto que corresponda a la concentración deseada. Dicha tangente se prolonga de modo que pueda evaluarse el valor de la ordenada para fracciones molares 0 y 1. El valor de dichas ordenadas nos dan los volúmenes parciales molares de ambos componentes. Experimentalmente los volúmenes molares son incómodos de determinar por lo que es más usual desarrollar el método de las intersecciones para los volúmenes específicos de las mezclas. Cuando se traza el gráfico de volúmenes específicos versus fracción en peso, el método de las intersecciones permite encontrar los volúmenes parciales específicos. Los Volúmenes parciales molares se hallan entonces multiplicando los específicos por las respectivas masas moleculares. Esta determinación puede hacerse en forma analítica si los valores experimentales se ajustan por el método de los mínimos cuadrados a una regresión parabólica. Se obtiene una ecuación de la forma: v = a0 + a1 x2 + a2 (x2)2 [10] Si se desean encontrar los valores de aplicamos las siguientes ecuaciones: v 2
v 1
y
= a0 + a1 + a2 [2x2(0) - (x2(0))2]
v 2
para el punto de composición x 2(0)
v 1
= a0 - a2 (x2(0))2 [11]
Método de las magnitudes molares aparentes. Este método se basa en la ecuación [9] : V 2
= f V2 + n2 (df V2/dn2)T,P,n1
o su expresión equivalente: V 2
= f V2 + (df V2/d ln n2)T,P,n1
Si los datos no corresponden a una cantidad de sustancia constante del componente 1 resulta conveniente transformar la ecuación anterior en : V 2
= f V2 + (df V2/d ln n2 / n1)T,P [12]
Así, si graficamos al volumen molar aparente del componente 2 como función de ln (n2 / n1) la pendiente a la curva a la composición deseada permite obtener el valor del volumen molar parcial de dicho componente e indirectamente el del otro componente de la mezcla binaria.
5. Deducir la ecuación de Gibbs-Duhem. Al diferenciar la ecuación:
Anteriormente se había hallado para esta magnitud la ecuación:
Por lo que al restar ambas expresiones:
(1) Teniendo en cuenta que las fracciones molares son:
Al combinarse las fracciones molares, cuya suma es la unidad:
Las que se sustituyen en (1):
Esta última expresión se conoce con el nombre de ecuación de GibbsDuhem y es de gran importancia en el tratamiento de las magnitudes parciales molares. Esta expresión indica que las variaciones de las magnitudes parciales molares con respecto a la composición del sistema no son independientes a una temperatura y presión constante. La utilidad fundamental de esta ecuación es la obtención de las magnitudes parciales molares de uno de los componentes de la solución cuando se conocen las del otro
6. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental. Volúmenes Molares Parciales
Determinar Temperatura de Trabajo
Preparar Soluciones que indica el manual
Pesar el micropicnómetro
Vacío
Agua
Etanol
Anotar Resultados
Fin
Cada una de las soluciones
Bibliografía. http://books.google.com.mx/books?id=dVGP7pmCh10C&pg=PA137&lp g=PA137&dq=volumen+molar+parcial+definicion&source=bl&ots=isJE w-ROBW&sig=sq0a74z_wq9cO9iW4FUCCNZHKM&hl=en&sa=X&ei=Hg0gUvThKun82gXZy4HYA w&ved=0CEcQ6AEwAw#v=onepage&q=volumen%20molar%20parcial %20definicion&f=false http://apuntescientificos.org/ecuacion-gibbs-qfi.html http://karin.fq.uh.cu/~cnv1/qf/docencia/pregrado/termodinamica/labora torio/mpm/mpm.htm Levine, Fisicoquímica, 5ta edición, volumen 1 (2007).
