FACULTAD DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO, GAS NATURAL Y

PETROQUÍMICA

LABORATORIO

VOLUMEN DE MEZCLADO Y VOLUMEN MOLAR PARCIAL

INTEGRANTE

PALACIOS AVILES DENIS RICARDO 20144063D

FECHA DE REALIZACIÓN:

19/09/15

FECHA DE ENTREGA:

03/10/15

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ÍNDICE

I.- OBJETIVOS………………….………………………………………….. 3

II.- FUNDAMENTO TEÓRICO……………………………………………..3

II.-MATERIALES Y EQUIPOS……………………………………………..6

IV.-PROCESO EXPERIMENTAL………………………………………… 7 V.-CUESTIONARIO………………………………………………………..11

VI.- OBSERVACIONES……………………………………………………14

VII.- CONCLUSIONES…………………………………………………….14

VIII.-BIBLIOGRAFIA……………………………………………………….15

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1. 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 método de las intersecciones y el método basado en el cambio de volumen de la mezcla.

Comparar los resultados obtenidos para los volúmenes parciales molares.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Como sabemos, las magnitudes termodinámicas como la entropía, energía interna, volumen y la entalpia son extensivos por lo que es más conveniente para nosotros introducir magnitudes que no dependan de la masa y tengan un valor determinado en cada punto del sistema. También son más convenientes porque las propiedades intensivas nos ayudan a identificar y caracterizar una sustancia pura.

Loa volúmenes molares parciales son función de la temperatura, la presión y la composición fraccionaria, son magnitudes intensivas. En 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.

Generalmente después de la mezcla de líquidos se observa que el volumen de la disolución es distinto de la suma de los volúmenes de los componentes puros, debido a que la diferencia entre las fuerzas intermoleculares y a las diferencias entre el empaquetamiento de las moléculas en la disolución y su empaquetamiento en los componentes puros.

En nuestro caso, mezcla binaria de etanol y agua, estos cambios de volumen de mezcla se deben a las variaciones de las interacciones moleculares.

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SUSTANCIA PURA:

Las sustancias puras son aquellas que están formadas por partículas iguales.

Tienen propiedades específicas bien definidas. Estas propiedades no van a variar, aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla.

DISOLUCION IDEAL Y REAL:

Una disolución es una mezcla homogénea, es decir, es un sistema formado por una sola fase que contiene más de un componente.

Por otro lado la disolución ideal es aquella en la cual las moléculas de las distintas especies son tan semejantes unas a otras que las moléculas 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.

Vm = V1 + V2

Donde:

Vm: volumen de la mezcla.

V1: volumen del componente 1 puro.

V2: volumen del componente 2 puro.

En cambio cuando hablamos de una disolución real, es aquella en la que las moléculas de las distintas especies son muy diferentes unas de otras que las moléculas 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.

Vm ≠ V1 + V2

VOLUMEN MOLAR PARCIAL:

Cuando la temperatura y la presión se mantienen fijas, el volumen de la mezcla será una función de los números de moles según la siguiente expresión:

V=n.v=f (n1, n2)

Si multiplicamos el número de moles de cada componente manteniendo invariables sus proporciones, el tamaño de la mezcla se multiplicará, pero el valor

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del volumen por mol de mezcla (V) se mantendrá invariable, es decir el valor de V es función lineal del número total de moles.

MAGNITUDES MOLARES PARCIALES:

El volumen de una solución cambia continuamente a medida que se modifica su composición. Esta variación podemos expresarla a través del volumen molar parcial , la cual se define como la variación de volumen que se produce al agregar un mol de componente “x” a una cantidad muy grande de solución, de tal forma que la composición de ésta no varíe:

Volumen molar = (δV/ δni)ni,P,T

Por otro lado para una solución binaria, el volumen total de la solución queda expresado por la siguiente ecuación, a P y T constantes:

V = n1. (Volumen parcial1+ n2.volúmen parcial2 )

Donde:

Volumenparcial1: Volumen molar parcial del solvente.

Volumenparcial2: Volumen molar parcial del soluto.

Existen dos métodos para determinar por vía experimental cualquiera de las propiedades molares parcial:

-Método de la pendiente:

Para medir el volumen molar parcial del componente 2, se preparan disoluciones con el mismo número de moles del disolvente 1 (n1=cte), pero variando el número de moles del componente 2, trabajando a presión y temperatura constantes.

Según este método lograremos ver que para una serie de disoluciones en donde las mezclas tienen el mismo número de moles de disolvente (componente1) pero diferente número de moles de soluto (componente2), a P y T constantes.

La pendiente de la recta tangente a la curva, a cualquier composición será el volumen molar parcial de componente 2, y una vez obtenido este, será fácil conocer el volumen parcial del disolvente utilizando la ecuación:

V = n1. (Volumen parcial1+ n2.volúmen parcial2 )

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-Método de las ordenadas en el origen:

Preparamos una serie de disoluciones a diferentes fracciones molares del componente 1 y del componente 2, luego se representa los volúmenes molares medidos para estas disoluciones, (V=V/n, siendo n=n1+ n2) frente a la fracción molar de uno de los componentes 2.

3. MATERIALES Y EQUIPOS:

-Balanza. -Termómetro.

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-Picnómetro. -Probeta.

-Pipeta. -Piceta.

-Balón de fondo plano. -Etanol.

4. PROCESO EXPERIMENTAL:

En el proceso experimental seguiremos los siguientes pasos:

a) Pesamos el picnómetro seco y vacío W 1

W 1=22.8532gr .

b) Llenamos el picnómetro con agua destilada y pesamos, obteniendo W 2

7

W 2=73.6554gr .

c) Determinamos el volumen del picnómetro utilizado:

V picnometro=W 2−W 1

ρH 2O

V picnometro=73.6554−22.8532

1=50.8022ml

d) Preparamos soluciones de C2H 5OH(etanol) al 20%,40%,60%,80% y 90%en peso. Para la preparación se sigue el siguiente cuadro

e) Llenamos el picnómetro con C2H 5OH(etanol) y pesamos W 3

W 3=64.0610gr .

f) Determinamos la densidad de las diferentes soluciones de etano, utilizado:

ρetanol=W 3−W 1

V picnometro

Para etanol al 20%W 3=72.3160gr .

ρetanol=72.3160−22.8532gr .

50.8022ml =0.9736 ml

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Porcentaje de etanol

V H 2O(ml) 

V etanol (ml) 

20% 80 25.35

40% 60 56.7

60% 40 76.05

80% 20 101.4

90% 10 114.7

Para etanol al 40%W 3=70.4426gr .

ρetanol=70.4426gr−22.8532gr .

50.8022ml = 0.9367 ml

Para etanol al 60%W 3=68.4970gr .

ρetanol=68.4970gr−22.8532gr .

50.8022ml = 0.8984 ml

Para etanol al 80%W 3=65.9930gr .

ρetanol=65.9930gr−22.8532gr .

50.8022ml = 0.8491 ml

Para etanol al 90%W 3=64.9270gr .

ρetanol=64.9270gr−22.8532gr .

50.8022ml = 0.8280 ml

g) Calibrado del volumen del Picnómetro

Pesar el picnómetro (incluido el tapón) vacío y seco en la balanza de presión.

Anotar la masa del picnómetro vacío mpic.vacío. Después llenarlo con agua hasta

el borde y se introduce el tapón. El exceso del agua sale por el capilar del tapón.El volumen que vamos a determinar es el que ocupa el agua hasta la marca de enrase, por lo tanto hay que enrasar con una pipeta pasteur o un papel.Luego volvemos a pesar, secándolo por fuera para no cometer errores en la

medida, y anotar la masa del picnómetro con agua, mH2O. Así pues; el volumen

del picnómetro o volumen aparente,Vaparente, viene definido por:

V aparente=m pic+H 2O

−m pic .vacio

ρH 2O( p .T )

V aparente=73.6554−22.8532

0.9982gr /ml =51.4088 ml

La densidad del agua las presiones de P y T del laboratorio, se debe buscar en el HandBooK

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h) Determinación del Peso Aparente de una disolución

Dado una disolución

de etanol de la que

partimos es del 96% v/v, debemos

calcular a que % en peso corresponde para poder preparar una serie de disoluciones acuosas de etanol (90, 80, 60, 40 y 20% en peso de alcohol). Se define Peso Aparente de una disolución, W’, como:

W’= m (disolucion+ picn óm. )−m( picnó mvacio)

V aparente

Por tanto, el peso aparente tiene unidades de densidad (g/ml). La densidad de estas soluciones se puede expresar como:

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Porcentaje de

etanol

W3(gr) W1(gr) vaparente(ml)

W’(gr/ml)

20% 72.3160 22.8532 51.4088 0.973640% 70.4426 22.8532 51.4088 0.936760% 68.4970 22.8532 51.4088 0.898480% 65.9930 22.8532 51.4088 0.849190% 64.9270 22.8532 51.4088 0.8280

Donde W’ y W son los pesos específicos del liquido y agua respectivamente. D es la densidad del agua y d densidad media del aire.

V etanol=V 2=1ρ2M etanol

V agua=V 1=1ρ1M agua

5. CUESTIONARIO:a) Registrar los datos de temperatura y densidad del agua destilada.

t(c°) ρagua dstilada(gr /ml)25 0.9982

b) Registrar la densidad del etanol puroρetanol puro=0.79 gr /ml

Usando la fórmula:

ρetanol=W 3−W 1

V picnometro

ρetanol puro=0.80801gr /ml

c) determine los volúmenes del etanol y agua agregados para formar las soluciones.

porcentaje de etanol

VH20(ml) Vetanol(ml) 

20% 80 25.3540% 60 56.760% 40 76.0580% 20 101.490% 10 114.7

d) Completar los datos obtenidos en la siguiente tabla.

Concentración (%)

nagua(mol)  netanol(mol)   X agua X etanol ρ( grml

)  

20 4.434 0.533 0.892 0.108 0.973640 3.325 1.151 0.742 0.258 0.936760 2.217 1.471 0.601 0.399 0.898480 1.108 1.857 0.373 0.627 0.849190 0.554 2.020 0.215 0.785 0.8280

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e) Determinación del volumen parcial por el Método de las ordenadas en el origen.

Se utilizara este método porque en el experimento se realizó una serie de disoluciones a diferentesFracciones molares de agua y etanol.De la tabla 3 y 4 se puede apreciar que ρ = W´ entonces W´ = (W3 – W1)/VDonde W3 – W1: Masa de la disolución. V: Volumen de la disolución.Reemplazando en la en la ecuación se obtiene: V = 51.0678 mlSe debe aclarar que el valor de V es igual para todas las concentraciones lo cual demuestra laExperiencia en el laboratorio donde la mezcla en el picnómetro siempre estaba llena.

Concentración (%)

nagua(mol)  netanol(mol)   MolesTotales  

Vn ( ml

mol)

20 4.434 0.533 4.967 10.35040 3.325 1.151 4.476 11.48560 2.217 1.471 3.688 13.93980 1.108 1.857 2.965 17.33890 0.554 2.020 2.574 19.972

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

5

10

15

20

25

f(x) = 6.16140809972263 x² − 21.3931845040009 x + 24.3629502695155

Grafico V/n vs X agua

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Concentración (%)

V agua (ml )parcial 

V etanol   (ml )parcial 

20 41.226 10.18240 39.527 11.88160 37.677 13.73180 34,168 17.24090 31.360 20.048

6. OBSERVACIONES: Con el fin de determinar las magnitudes molares parciales debemos

tener en cuenta la manera en que se realizó el experimento en el laboratorio.

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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

5

10

15

20

25

f(x) = 6.16140809972262 x² + 9.07036830455566 x + 9.13117386523717

Grafico V/n vs X etanol

Debemos de mantener seco el picnómetro por dentro y fuera de este, para poder determinar el peso del picnómetro con el menor error posible.

Tenemos que tener cuidado al momento de llenar al ras el agua o las concentraciones de etanol para aumentar la precisión de los datos.

En el caso de que el picnómetro contenga oxígeno, debemos completar con agua destilada hasta poder llenarlo por completo.

Tener en cuenta que el volumen de la mezcla ocupado del picnómetro debe estar al ras para obtener mejores resultados.

7. CONCLUCIONES: Al 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.

Al momento de aumentar la concentración de etanol hacemos que el volumen molar parcial de etanol sea mayor, sin embargo ocurre lo contrario en el caso del agua.

La densidad y peso disminuyen mientras aumentamos el porcentaje del etanol.

La densidad del etanol experimental es casi igual al teórico.

8. BIBLIOGRAFIA:

Guía de laboratorio N°2 del curso fisicoquímica. LEVINE, Volumen 1, Fisicoquímica.3°edición.Editorial McGraw-Hill. Fundamentos de fisicoquímica, 3°edición.Samuel H.Maaron, Carl

F.Prutton. Fisicoquímica 2° edición, Gilbert W.Castellán.

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