UNIVERSIDAD DE CARTA!ENA CARTA!ENA UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
Volumenes Parciales Molares 1
1
J. Osorio , G. Blanco , A. Young Young 1 , M. Jimenez 1 , H. Amador Amador 1 , A. Gamero1 , L. Herrera1 , I. Piña1 , . Gonzalez 1 , J. !o"ira1 , #. Mar$inez 1 , !. !odriguez 1 .
M. %e&allos.' (
&
Estudiante de #ngeniería 4uímica 5acultad 6e ingenieria, 6ocente de 5isicoquimica
1( de ma)o de '*1+
RESUMEN En la práctica práctica de laborator laboratorio io realizada realizada y mediante mediante el informe informe correspo correspondie ndiente nte se realizó realizó el estudio estudio del comportami comportamiento ento de una mezcla de volúmenes volúmenes líquidos líquidos de agua y etanol desde un punto de vista real con las consideraciones pertinentes de interacción molecular y volúmenes parciales. Estos últimos fueron el principal objeto objeto de análisis, análisis, pues mediante mediante ellos se comprobó comprobó que la aditividad aditividad de los volúmenes volúmenes de agua y etanol no describe el comportamiento real del volumen de mezcla ya que esta sufre una contracción volumétrica producto de las interac interaccio ciones nes molecula moleculares res entre las especi especies. es. a relaci relación ón entre entre la contra contracci cción ón volum volumétr étrica ica y las composiciones de etanol y agua se describió mediante un polinomio de grado tres 3 2 y mediante su derivación analítica se obtuvo obtuvo e!presiones 117,84 x A −79,305 x A + 9.0476 x A −0,2278 para el cálculo de los correspondientes correspondientes volúmenes volúmenes parciales.
PALABR PALABRAS AS CLAV CLAVE: "gua, Etanol, #nteracciones moleculares, $olúmenes parciales, $olumen de mezcla, %ontracción volumétrica. &'() * de % +odos los derecos reservados
ABSTRACT #n laboratory practice made by te report and study te beavior of a mi!ture of liquid volumes of -ater and etanol etanol is made from an actual actual vie- -it te relevant relevant consideratio considerations ns of molecular molecular interaction interaction and partial volumes. +e latter -ere te primary object of analysis since it -as found by tem tat additivity of te volumes of -ater and etanol does not describe te actual beavior of te mi!ing volume and tat tis product undergoes a volumetric contraction of te molecular interactions bet-een species. +e ratio bet-een volumetric srinage and compositions of etanol and -ater are described by a tird degree polynomial 3 2 and troug analytical derivation derivation -as obtained obtained e!pressions e!pressions 117,84 x A −79,305 x A + 9.0476 x A −0,2278 for calculating te respective partial volumes. ater, Etanol, Etanol, molecular molecular interactio interactions, ns, partial partial volumes, volumes, $olume 1i!ing 1i!ing 0it 0it tensile tensile KEYWORDS/ 0ater, volumetric
1. OBJETIVOS: 2. 1.1. 1.1. Objeti Objetiv v !e"e#$ !e"e#$%% 2.1. Objetiv !e"e#
%$ %alcular los volúmenes ideales y reales de la solución etanol2agua a diferentes concentraciones. 3.
Universidad de cartagena
).
2.2.
(.
&.
((. (
(&.
(:. &
(;.
&3. 3
&).
&A. )
3'.
m " a c - o g / 8 3 , A 3 8 & , ( ; 8 & , ; A 8 & , 3 A
3.
m lle no g/
). Mez cla 7. g/
(3. A:, :: (
(). 3),& 3&83
(A. A8, 88 ;
&'. 3',( 783&
&7. A;, ;: 3
&8. &8,( )788
3(. (' ',( )
3&. &&,( (83A
33. &A,& ;&)
3). ;,38 3)
1-. MARCO TE,RICO 1.
(7. El volumen molar parcial de una sustancia es una mezcla de composición generalpuede definirse en términos del incremento de volumen acaecido cuando ( molde la sustancia se a?ade a una muestra indefinidamente grande de la solución. (8. (:. El volum molar $ de una mezcla ideal de los componentes " y @ se puede calcular de forma cuantitativa si se conoce. as cantidas de cada sustancia en solucion (;. (A.
Objetiv& E&'e()*i(& 1edir las masas de las diferentes soluciones para luego, con la densidad, allar los volúmenes iniciales. 7. 8.
9allar los volúmenes molares parciales y con éstos, los volúmenes reales de las soluciones. :. ;.
+.
ara describir este comportamiento no (7. (&,7 (8. &(,8 ideal en la fase de AA) (;8 mezcla, se define cantidades molares parciales que dependen de la &(. (8,8 &&. (;,3 composición del ;3 '); sistema. os valores de estos se pueden determinar &:. &&,' &;. (),( e!perimentalmente ((8 &3( (&.
2. INTRODUCCI,N
('. ((. 6ebido a las interacciones intermoleculares, el volumen total medido cuando dos líquidos reales
&'. &
x A=
n A n A + nB
( 1)
Universidad de cartagena
&(. 38.
35.
&&.
x B=
nB n A + n B
36.
#
( 2)
&3. &). +eniendo la composición se sabe que el volumen ideal esta dado por &7. &8.
)3. (
)8. &
)A. 3 7&. )
V id =
v id n A + nB
3:. V )'. V 3;. i )(. re d al e )&. m a l/ l 3A. m l / )). ) )7. 3; ' , ' 7 ):. 3 );. 3; A , A 7 7'. ) 7(. 3A ' 73. ) 7). )' '
vr n A + n B
∗ x A + V B ( 6 )
Ṽ A = Δ M V −
d ( Δ M V )
)'. )(.
Ṽ A = Δ M V −
d ( Δ M V ) d x A
∗(1− x A )+ V A (8 )
)&. )3.
. DATOS E/PERIMENTALES 0. )8. En la siguiente tabla se resumen son datos e!perimentales obtenidos de la práctica e!perimental. ):. );. T$b%$ 1. 6atos e!perimentales )A.
7'. 7(.
=V A x A + V B x B (3 )
Densidad del etanol :0,789
g cm
3
=0, 789
g ml
g mol g 73. masa molecular del agua :18 mol
7&. masa molecular del etanol : 46
=Ṽ A x A + Ṽ B x B ( 4 )
3(. 3&. Ce calcula la diferencia 33. ∆ M V =V r −V id 3).
d x A
∗ x B + V A ( 7 ) d x A 3A. >ero como x B=( 1− x A ) lo reemplazamos 3;.
&;. B el volumen real por &A.
V r =
d ( Δ M V )
3:. >ara allar la e!presión del volumen parcial del etanol
&:.
3'.
Ṽ B = Δ M V −
7).
00. 0. CLCULOS Y RESULTADOS 03. 04. Ce procede a calcular primeramente la masa de
¿ [ ( Ṽ A −Ṽ B )−( V A −V B ) ] x A + ( Ṽ B −V B ) (5 )
37. 6e deriva la e!presión con rrepecto a la concentración de uno de los componentes y se depeja la e!presión del volumen molar parcial de agua
0+. 8'. 3
cada una de las sustancias en las diferentes disoluciones así como el número de moles en cada una y la fracción molar. >ara esto se utiliza tanto la densidad del agua como la del etanol. T$b%$ 2. 5raciones molares
S.Altamiranda., et al
75.
8(. Ce calcula los volúmenes parciales de la mezcla reales e ideales y la variación de volúmenes parciales con los datos de los volúmenes
fracci 77. 55.
V id 56.fracci 78.
agua (ml/m ol)
ón de (ml/m etano ol) l
80. 0%469 96957
59. 0%598 32%480 81. 40275 29472
60.0%401 34%232 82. 635 70528
83. 0%926 83333
84. 0%397 93043
87. 1%222 86667
88. 0%307 02391
85. 0%699 63. 28%684 62159 35937 89. 0%799 67. 31642 25%492
86. 0%300 64. 30%156 37841 31991 90. 0%200 68.68358 26%145
91. 1%626 8
92. 0%181 81304
01918 93. 0%899 47377 71. 22%116 39474
6607 94. 0%100 52623 72. 22%116 39474
75. moles
76. moles
de agua (mol)
de etano l (mol)
79. 0%699 96667
parciales real e ideal 8&. 83.
V real =
V ón realde
57.
ión de etan ol
∆ M V (m l/mol) 61.1%7522 3225 65.1%4719 6054 69.0%6536 4151 73. 0
62. 0%401 7052 8 66. 0%300 3784 1 70. 0%200 6835 8 74. 0%100 5262 3
volumenreal moles H 2 O + moles deC 2 H 6 O
8). 87.
58. Fracc
V id =
56V e" *7"(i" 8e /A
volumenreal moles H 2 O+ molesdeC 2 H 6 O
0 0.1 0.3+ 9.05x 0.4 - 0.23 0.5 f(x) = +0117.84x^3 -0.2 79.3x^2 -0.2 R² = 1
88. 8:. ∆ M V =V real −V id 8;. Ce formó la siguiente tabla.
-0.4 -0.6 -0.8
8A. T$b%$ -. $olumenes parciales de la solucion :'. ∆ M V :(. Ce graficó el en función de la concentración de etanol y se realizó interpolación lineal por medio de E!cel y se obtuvo el siguiente resultado
!"# ("$"o)
-1 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2
32. 3-. 74. !#$*i($ 1.
fraccion de etano
x A Vs ∆ M V Ce tiene que
∆ M V
concentración de etanol
)
en función de la
x A esta dada por.
Universidad de cartagena
:8.
∆ M V =117,84 x A
3
(''. Ce calcula los volúmenes parciales para las concentraciones en las que se trbajo en dica practica sabiendo de que
2
−79,305 x A + 9.0476 x A −0,227
::. :;. >ara allar la e!presión del volumen molar parcial del agua
Ṽ B = Δ M V −
:A.
d ( Δ M V ) d x A
Ṽ B =18
('(. T$b%$ -. $olumenes parciales del etanol y del agua
∗ x A + V B
;'. ;(. >ara allar la e!presión del volumen parcial del etanol
Ṽ A = Δ M V −
;&.
d ( Δ M V ) d x A
ml ml y Ṽ A=58,29 mol mol
x A
('&.
('7.',)'(:'7&;
∗ x B + V A
(';.',3''3:;)(
;3. 6onde ;).
V A =
Masamolecular etanol mol deetanol∗densidad etanol
V B =
Masamolecular agua moldeagua∗densidad agua
(((. ',&''8;37;
('3. Ṽ A
('). Ṽ B
('8.78,)373(38
(':.(8,3:38;A& 8
('A.78,8&7'':;
(('.(8,78A8:&& )
((&.7:,3:'(3)7
((3.(:,37&3&:A (
((7.7;,'''A);
((8.(;,'''''7
;7. B ;8.
;:. ;;. >ero como ;A. A'.
(().',(''7&8&3
113. ((;.
x B=( 1− x A ) lo reemplazamos
Ṽ A = Δ M V −
d ( Δ M V ) d x A
11+. CONCLUCIONES 129.
∗( 1− x A ) + V A
A(.
d ( Δ M V )
A&. %alculando
d x A
tenemos
A3. A).
d ( Δ M V ) d x A
=29,25 x A 4−26,435 x A3 + 4,5236 x A2− 0,2
A7. A8. 6onde la fracciones parciales tanto del etanol como el agua quedad dadas por las e!preciones A:. A;.
(
Ṽ A = Δ M V − 29,25 x A AA.
4
−26,435 x A3 + 4,5236 x A2−
Ṽ B = Δ M V −( 29,25 x A
4
−26,435 x A3 + 4,5236 x A 2−
Ce puede observar que se da un comportamiento que indiva que entre mas equilibrada este la solución el volumen parcial molar de las sustancias en contacto variara mas y entre menor sea el equilibrio de solución mas se mantendrá su volumen prcial molar a condiciones ideales. (&(. Es posible comprender ell co mportamiento • de los volúmenes parciales molares y su depndencia de la fracion molar de las sustancias en solución (&&. •
12-.
RECOMENDACIONES
(&). •
7
6urante la parte e!perimental se manipulo etanol, y teniendo en cuenta su tendencia a volatilizarse se debe trabajar con sumo
S.Altamiranda., et al
•
cuidado, para de esa manera disminuir el error. Ce debe tener los instr ume ntos de medición necesarios
3. Cmit F.1., $an Gess 9.%., "bbott 1.1., #ntroducción a la +ermodinámica en #ngeniería 4uímica, :ma. Ed., 1c2D"02 9#, &'': ). Deid D., >rausnitz F., >oling @., The Properties of Gases and Liquids , Ed. 1c2 ra- 9ill, )ta Ed., (A;: 7. >oling @.E., >rausnitz F.1., HI%onnell F.>., The Properties of Gases and Liquids , &''' (&A. (3'. (3(. (3&.
120. 12. REERENCIAS BIBLIO!RAICAS 123. 124. (. Daymond %ang, 5isicoquímica tercera edición. a primera ley de la termodinámica &. ilbert %astellan, 5isicoquimica segunda edición, Equilibrio de vaporización
1--. (3).
8
