Informe de laboratorio

Resumen

La metodología empleada fue la siguiente, primero preparamos las soluciones con

diferentes porcentajes en peso de etanol, después pesamos el picnómetro vacío y

luego colocamos 10 ml de agua destilada en el picnómetro para pesar ese

volumen exacto y de la misma manera con las soluciones dejándolas reposar en

un termostato hasta alcanzar la temperatura de 25 ℃ para poder pesar el

picnómetro con agua y en última instancia con las distintas soluciones todo a la

misma temperatura. De esta manera, teniendo el peso del picnómetro más la

solución y el peso aparente de la solución, los volúmenes de agua y etanol, y las

masas de los mismos, calculamos la fracción molar de etanol y la inversa de la

densidad de la solución, con su correspondiente corrección teniendo en cuenta el

empuje del aire, para luego obtener con ellos los volúmenes molares parciales de

etanol y de agua.

Concluimos que al comparar los valores experimentales obtenidos con la

bibliografía se observó cierta discrepancia la cual fue menor al 5%, y que esta

puede deberse a errores instrumentales, operativos, de método de medida o

errores accidentales.

Introducción

Principios teóricos

Una propiedad molar parcial nos indica los cambios en la composición molar de una

mezcla a temperatura y presión constantes, esto es válido para calcular variables

termodinámicas que dependen de sus propiedades extensivas, como por ejemplo el

volumen molar, la entalpía, entropía, entre otros.

Cuando se mezclan dos componentes, el volumen de esa mezcla será 𝑉𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 𝑛𝑖�̅�𝑖,

entonces si queremos medir una propiedad termodinámica extensiva, como el volumen,

tendremos que ver la variación de esta propiedad en función de uno de los componentes

de la mezcla y luego calcular la derivada �̅�1 = (𝜕𝑉 𝜕𝑛1⁄ )𝑛2,𝑇,𝑃 para cada composición,

dicha derivada es la definición del volumen molar parcial que se quiere determinar, que en

otras palabras, muestra el aporte de un mol del componente 1 a la propiedad

termodinámica extensiva.

Para utilizar el método de la tangente a la pendiente, para el cálculo del volumen molar

parcial, es necesario conocer la composición de la mezcla, por lo tanto si el sistema

binario contiene una cantidad 𝑛1 de moles de componente 1 y 𝑛2 moles del componente

2, siendo 𝑛 = 𝑛1 + 𝑛2 el número totales de moles y las fracciones molares 𝑥1 = 𝑛1/𝑛 y

𝑥2 = 𝑛2/𝑛.

También es muy importante recordar que una mezcla ideal no presenta variación del

volumen.

Al hallar la función, por diferenciación se determina la pendiente a cualquier composición

de interés.

Donde la intersección de la tangente con el eje de las ordenadas corresponderá al cambio

entre el volumen molar en la solución respecto al volumen molar del componente puro. La

intersección se determinó a partir de una ecuación de la forma Y=ax+b obteniendo las

ordenadas de los puntos específicos y donde “a” es la derivada de la tangente del

punto �̅� =𝑉𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎

𝑋𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 , expresada al graficar.

Procedimiento experimental

Materiales

Picnómetro

Pipetas

Balanza analítica

Matraz,

Erlenmeyer

Termostato

Reactivos

Etanol

Agua destilada

Procedimiento:

Calibrado del Volumen del Picnómetro:

Pesamos el picnómetro (incluido el tapón) vacío y seco en la balanza analítica. Anotamos la masa del picnómetro vacío. Después se adicionaron 10 ml de agua destilada y colocamos el tapón. Se sumergió en el baño durante media hora al cabo de cuyo tiempo se volvió a pesar, secándolo por fuera para no cometer errores en la medida, y se anotó la masa del picnómetro con H2O (masapicnómetro+H2O).

Entonces, el volumen del picnómetro o volumen aparente se midió con la siguiente relación:

),(

picnómetro

2

VTpOH

picaguapic WW

Cálculo para la preparación de las soluciones:

Para la preparación de las soluciones se tuvo en cuenta la densidad del etanol 0,789 g ml⁄

y del agua 0,9971 g ml⁄ a 25°C, y una base de cálculo de 25 g de solución, entonces se procedió a calcular la cantidad de ml necesarios de agua y de etanol mediante el siguiente cálculo: Luego introdujimos las soluciones en el termostato a 25 ⁰C durante media hora. Llenamos el picnómetro con etanol (se comenzó por la solución más diluida hasta la más concentrada) y pesamos. Determinamos la densidad de las diferentes soluciones de etanol, utilizando:

picnómetro

etdisol

picnómetro

picetdisolpic

V

W

V

WW __

disol_et

Cálculos y resultados

Se representaron 1/𝜌 contra la fracción molar de etanol y además hallar una línea de

tendencia cuya ecuación nos permitió dar con los valores buscados.

Estos valores los obtuvimos calculando para cada solución a determinado

porcentaje en peso, luego obteniendo el peso aparente del picnómetro con la

solución, y después calculando el peso aparente

𝑊𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑊𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜+𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 − 𝑊𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

Con la masa y el volumen del etanol y de agua calculamos también la fracción molar de

etanol luego se calcula 1/𝜌 de la siguiente manera:

1/𝜌𝑠𝑜𝑙𝑖𝑐𝑖ó𝑛 =(𝑚𝑎𝑠𝑎𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜+𝐻2𝑂 − 𝑚𝑎𝑠𝑎𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜) 𝜌𝐻2𝑂⁄

𝑊𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜+𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 − 𝑊𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

1

𝜌= 𝑎 + 𝑋𝑏 , donde a y b son los valores de la recta obtenidos anteriormente.

1/ 𝜌 para las soluciones de 0% y 96% en peso de etanol fueron:

y 0% =1,018711523 ml/g

y 96%=1,272364662 ml/g

Y los volúmenes molares parciales para dichas soluciones fueron 18,33680742

ml/mol y 58,52877443 ml/mol y se obtuvieron multiplicando ese valor por el peso

molecular del agua y del etanol respectivamente.

Gráfico 1.- Valores de 1/𝜌 vs. Fracción molar de etanol.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

1/𝜌 (ml/g)

X etanol

Discusión y Conclusiones

Basándonos en una medición que se considera más confiable, encontramos que existe

discrepancia experimental, ya que en la bibliografía el volumen molar parcial del agua es

18 𝑐𝑚3

𝑚𝑜𝑙 y el de etanol es 56

𝑐𝑚3

𝑚𝑜𝑙 a 25 ⁰C .

Error relativo= (valor teórico-valor experimental)/ (valor teórico)

Porcentaje de incertidumbre= [56 – 58,54

56] ∗ 100 = 5%

Estos errores obtenidos o discrepancias experimentales pueden atribuirse a: fallas en los

materiales o equipos utilizados, los cuales serían errores instrumentales y sistemáticos; a

impurezas en los reactivos o cambios físicos inducidos en las muestras, como el

enfriamiento o calentamiento de las mismas, por ejemplo como la experiencia debía

realizarse a presión y temperatura constante, si las muestras eran sostenidas en la mano

durante un tiempo ésta corría el riesgo de tomar una temperatura mayor a la adecuada, y

de esta manera variar sus propiedades. También el error pudo deberse a que la muestra

no alcanzó los 25 ⁰C por no dejarla el suficiente tiempo en el termostato; que el

picnómetro no era correctamente secado antes de pesarlo o porque no se podía tener

total precisión a la hora de medir los volúmenes de reactivo para realizar cada solución,

entre otros errores operativos que posiblemente se hayan cometido.

Como conclusión podemos decir además que se observó en esta experiencia que el

volumen total de la mezcla alcohol-agua resulta ser menor que la suma directa de los

volúmenes de los componentes y que la densidad de la solución disminuye cuando

aumenta el porcentaje de etanol.