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Universidad Autnoma de Quertaro Facultad de Qumica

Laboratorio de Soluciones y Sistemas de Fases

UNIVERSIDAD AUTNOMA DE QUERTARO

FACULTAD DE QUMICA

Laboratorio de Soluciones y Sistemas de Fase

Reportes de laboratorio

Presentado por

Gonzlez Arredondo Diana Karina Meja Romero Cynthya Berenice

Resndiz Zepeda Daniela Rico Snchez Martn Lzaro

Horario Jueves 10:00- 13:00

Presentado a: Dr. Oscar Ivn Arillo Flores Docente de la materia

SANTIAGO DE QUERTARO, QUERTARO, 2015



Contenido Preparacin de soluciones y medidas de concentracin. ................................................................... 3

A-1 INTRODUCCIN AL TRABAJO DE LABORATORIO EN CIENCIAS ................................................... 15

Mtodo a microescala para la medicin de la precisin de vapor asociado a las variables

termodinmicas y el peso molecular ............................................................................................... 23

Determinacin de volmenes molares parciales de los componentes de una mezcla. ................... 36

Equilibrio lquido vapor ..................................................................................................................... 48

Lquidos parcialmente miscibles. ...................................................................................................... 59

Sistema fenol-agua ............................................................................................................................ 59

Diagrama de Fase Binaria Slido Lquido .......................................................................................... 67

Diagrama Ternario............................................................................................................................. 81





Preparacin de soluciones y medidas de concentracin. Gonzlez Arredondo Diana Karina, Meja Romero Cynthya Berenice, Resndiz

Zepeda Daniela, Rico Snchez Martn Lzaro. Resumen Se determinaron densidades experimentalmente de distintas soluciones, las cuales se compararon con las densidades tericas previamente calculadas con el fin de observar la eficiencia, la precisin y la confianza que presentan los instrumentos rutinarios para la evaluacin de densidades y la precisin de las mediciones de los analistas y el material utilizado, para obtener las concentraciones tericas deseadas. Se encontraron porcentajes de error al que contribuyeron tanto los analistas como el material y reactivo utilizado, se propone el uso de material volumtrico para mediciones cuantitativas que requieran un nivel de confianza mayor al 95% en la concentracin de las soluciones. Palabras clave: densidad, regresin lineal, mezcla mecnica. Introduccin El anlisis se divide en cualitativo y cuantitativo. El anlisis qumico cualitativo es aquel que se realizar para establecer la identidad qumica de las especies en una muestra, revela la identidad de los elementos y compuestos de una muestra. Mientras que el anlisis qumico cuantitativo es aquel que se realizar para determinar la cantidad relativa de las sustancias presentes en una muestra a las especies de una muestra llamadas analitos, que son por definicin, los componentes de una muestra que se pretenden determinar. La sntesis qumica es el proceso por el cual se obtienen compuestos qumicos a partir de sustancias ms simples. El objetivo principal de la sntesis qumica, adems de producir nuevas sustancias qumicas, es el desarrollo de mtodos ms econmicos y eficientes para sintetizar sustancias naturales ya conocidas. Los sistemas pueden tener composicin constante o variable. La fase es la parte del

sistema que mantiene en todos sus puntos las mismas propiedades. Segn sea su

composicin constante o variable hablamos de:

Mezclas composicin variable:

Mezclas homogneas (una sola fase) Se llaman disoluciones.

Mezclas heterogneas (varias fases) .

Sustancias puras composicin constante:

Elementos qumicos formados por un solo tipo de tomos.

Compuestos qumicos formados por varios tipos de tomos unidos en molculas.

Los sistemas de composicin variable, son conocidos comnmente como mezclas de dos

o ms componentes.


Laboratorio de Soluciones y Sistemas de Fases En 1803, Dalton estudi la forma en que los diversos elementos se combinan entre s

para formar compuestos qumicos, anunciando la ley de las proporciones mltiples,

deducida de modo inmediato de la teora atmica.

Cuando dos o ms elementos reaccionan pudiendo dar dos (o ms) compuestos

diferentes, las masas de uno de los elementos, que reaccionan con una misma masa del

otro. Guardan una relacin que viene dada por un nmero sencillo.

Los filtros simples se emplean generalmente cuando ha de utilizarse el precipitado que se est separando en un trabajo posterior. Por el contrario, cuando se utiliza nicamente la solucin, se emplea el filtro plegado el cual asegura una mayor velocidad de filtracin, debido a que es mayor la superficie filtrante. La decantacin es un proceso fsico de separacin de mezcla especial para separar mezclas heterogneas, estas pueden ser exclusivamente lquido - lquido slido - lquido. Se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, que hace que dejados en reposo, ambos se separen hasta situarse el ms denso en la parte inferior del envase que los contiene. De esta forma, podemos vaciar el contenido por arriba (si queremos tomar el componente menos denso) o por abajo (si queremos tomar el ms denso). El objeto de la decantacin es el de conseguir que se depositen las partculas que se encuentran en suspensin en el agua Las ecuaciones de las reacciones que permiten determinar si en el agua de lavado hay sulfatos y cloruros son: NaCl + AgNO3 AgCl(s)+ NaNO3 Los aermetros se dividen en tres grupos: De volumen constante y peso variable estos se sumergen siempre hasta un mismo punto, desalojando un volumen constante de lquido; entre ellos estn el de Nicholson y el de Fahrenheit. De volumen variable y peso constante, se sumergen a distintas profundidades segn la densidad del lquido, desalojando volmenes variables y su peso es el del aparato; son los ms numerosos (Baum, Cartier, etc.). De volumen y peso variables, renen las condiciones de los dos anteriores, desalojando cantidades de lquido diferentes y variando de peso segn los cuerpos cuya densidad se determina; los ms usados entre ellos fueron los de Rousseau y Paquet. En cuanto a los aermetros de volumen variable y peso constante se subdividen en, segn la manera de graduarlos, en aermetros de escala arbitraria (Baum, Cartier, etc), de escala especial (alcohmetro centesimal de Gay-Lussac) y de escala cientfica (volmetros y densmetros). Los de escala arbitraria, debemos indicar que no dan a conocer las densidades de los lquidos, sino lo que se llaman grados de concentracin, por lo que es necesario, en un segundo momento, utilizar la frmula de conversin para obtener la densidad correspondiente.



El aermetro Baum es distinto segn se destine a los lquidos ms o menos densos que el agua. Los primeros, a su vez reciben nombres especiales como pesa cidos, pesa jarabes, pesa sales, etc, segn el nmero de grados a que alcancen; as, los pesa cidos comprenden de 0 a 70 (disponemos en nuestra coleccin de 4 piezas de este tipo y de otra de gran precisin), los pesajarabes de 0 a 40, los pesa sales de 0 a 45 y los pesa leches de 0 a 15. Por otro lado, el aermetro Baum destinado a lquidos menos densos que el agua recibe el nombre de pesa teres. A continuacin presentamos las denominadas frmulas aeromtricas para los aermetros Baum, que permiten convertir una lectura de n grados de concentracin en una densidad d en g/cc. Lquidos ms densos que elagua. d = 144 / (144 - n) Lquidos menos densos que el agua. d = 146 / (136 + n) El aermetro Cartier no tiene utilidad ms que para alcoholes y su graduacin es completamente arbitraria; en el agua destilada marca 10, como el de Baum, y en alcohol absoluto 44 (47 el de Baum). Disponemos de un alcohmetro de este tipo en nuestra coleccin. La concentracin se refiere a la cantidad de soluto que hay en una masa o volumen determinado de solucin o solvente. Puesto que trminos como concentrado, diluido, saturado o insaturado son inespecficos, existen maneras de expresar exactamente la cantidad de soluto en una solucin. Las sustancias en que coinciden los valores de la concentracin molar y normal son aquellas sustancias que tengan un equivalente por mol. Los pesos equivalentes de las sustancias Pb(NO3)2, H3PO4 y Cr2(SO4)318H20

Pb(NO3)2= 331 g/2eq =165.5 g/eq

H3PO4 = 98q/3eq= 32.67 g/ eq

Cr2(SO4) 18H20 = 716.4550g/2 eq = 358.22 g/eq

La densidad relativa de una solucin es de 1.184. Determinar la concentracin en B por

la frmula

Objetivo

Comprender las diferencias entre mezcla mecnica y compuesto qumico.

Comprender las leyes de las proporciones constantes, de las proporciones mltiples y

de los equivalentes qumicos.

Preparar distintas soluciones y expresarlas con diferentes unidades de concentracin

procedimiento.


Laboratorio de Soluciones y Sistemas de Fases Resultados

Escribir la reaccin de identificacin de iones cloruros

NaCl + AgNO3 AgCl(s)+ NaNO3 Resultados de la determinacin del porcentaje de Cloruro de sodio en la mezcla.

W pesada (g) %NaCl Vol dis (mL)

Temperatura Densidad relativa

Concentracin en porcentaje

NaCl solucin (g)

NaCl Arena

6.0366 4.2149 58.88 100 25 1.03 4.79% 4.9337

Molaridad Normalidad Molalidad Titulo

1.032 mol/L 1.032 eq/L 1.032 mol/KgH2O 0.0603g/mL

Clculos:

Resultados de la preparacin de una solucin problema a partir de una solucin concentrada de K2SO4 y agua

Vol. de Sol. De K2SO4

Temp. (C)

Densidad Solucin

% Sol. Saturada

Densidad Sol. Problema

%de sol. Probl. (Cuadro 34)

750mL 25 1.05 9 1.01 6.27%

mL sol. sat. para

sol. problema

mL de agua para

sol. Problema

Volumen final sol. problema

Temp. (C)

% de sol. problema (Cuadro

34)

Densidad sol.

Problema

% error

sol. Problema

170.43 79.57 250 27 6.33% 1.05 0.95%


0.4 0.75 0.4 0.0697g/mL

Resultados de la preparacin de una solucin de NaCl a partir de dos soluciones de diferente concentracin.

Volumen sol. de NaCl Temperaturas (C) Densidades (Cuadro 34)

Sol. 7.5 %

Sol. 22.5 %

Sol. 7.5 %

Sol. 22.5 %

Sol. 7.5 %

Sol. 22.5 %

500mL 500mL 25 25 1.051 1.17



Concentracin de la sol. Problema

Densidad de la soln. problema (Cuadro 34)

mL de las soluciones para preparar la soln.

Problema

15.08% 1.11 Sol. 7.5 %

Sol. 22.5 %

156.23 93.77

Vol. final sol. Problema

Temp. sol. Problema (C)

Densidad real

% de NaCl % Error

250mL 27 1.092 11.65% 22.74%


2.2 mol/L 2.2eq/L 2.2 mol/Kg H2O 0.1286g/mL

Clculos:

Resultados de la preparacin de una solucin de MgSO4 a partir de una cantidad pesada de la sustancia slida y agua.

Conc. deseada

(%)

g de MgSO4

Vol. Final

Temp. (C)

Densidad terica (Cuadro 34)

Densidad experimental

Conc. real (%)

% Error

3% 1.5g 50mL 27 1.0256 1.0484 4.4% 46.66%


0.25 mol/L 0.5 eq/L 0.25 mol/Kg H2O 0.03 g/mL

Resultados de determinacin de la concentracin del cido sulfrico (H2SO4) mediante aermetro y por titulacin (valoracin).

Conc. deseada de H2SO4

Densidad relativa de la soln. de

H2SO4 (Cuadro 37)

Conc. Real

20% 1.1273 17.45%

Discusin de resultados En el experimento nmero 4, se realiz una solucin de sulfato de magnesio, cuya molcula puede estar pentahidratada o heptahidratada, como se puede observar el porcentaje de error es muy alto, esto puede deberse a que la molcula puede estar con 5 o 7 molculas de agua cada una o puede haber una mezcla de molculas hepta y pentahidratas indistintamente y esto dificulta un poco el clculo para una concentracin exacta, pues nunca sabremos cuantas molculas tiene a menos que se utilice otro


Laboratorio de Soluciones y Sistemas de Fases mtodo. De igual manera, las determinaciones de concentracin en funcin de la densidad de las soluciones de acido sulfrico, cloruro de sodio y sulfato de potasio presentan una cierta desviacin comparados con los valores tericos obtenidos a partir de la regresin lineal de las tablas del anexo correspondiente, lo ms probable de esta desviacin es que los valores presentados en las tablas se obtuvieron en condiciones de temperatura y presin diferentes a las del laboratorio donde realizamos las medidas experimentales, sumado a esto se pueden aadir los errores de medicin del analista, as como del material, En el caso del experimento 3 donde se deba aadir 156.23 mL de la solucin de NaCl diluida y 93.77 de la concentrada, decidimos redondear las medidas a 156 y 94 mL, no hay material volumtrico que pueda medir est cantidad, a menos no que nosotros dispongamos por tanto medimos en una probeta y el contenido la vaciamos a un matraz volumtrico de 250mL donde esperaramos que una vez puestas ambas cantidades llegara a la marca de aforo para nuestra sorpresa esto no sucedi, la cantidad medida con las probeta a penas llegaba por abajo del cuello del matraz, con esto podemos decir que no es muy confiable realizar mediciones con material graduado cuando se requieran pruebas cuantitativas, ya que el margen de error ser un poco alto. Sin embargo, las desviaciones en los resultados experimentales de concentracin de acido sulfrico, cloruro de sodio y sulfato de potasio no presentan gran magnitud en comparacin con los resultados tericos, pues ests soluciones se realizaron en material volumtrico Conclusin: Se determinaron concentraciones de distintas soluciones a partir de su densidad utilizando instrumentos de medicin clsicos, rutinarios de laboratorio como el aermetro y el picnmetro, de acuerdo a los resultados el aermetro result ser el de mejor precisin, tambin podemos concluir que para concentraciones de mayor exactitud debemos utilizar material volumtrico y ajustarnos a las medidas del material que dispongamos para una mayor precisin y exactitud.



Nombre de la Prctica:

2. Cambios de entalpia y entropa de reaccin a partir de la dependencia de la temperatura de la constante de equilibrio

Prctica 2

Pginas

7

Pginas

de la 1 a

7

Realiz:

Daniela Resndiz Zepeda Cinthya Meja Romero Karina Gonzlez Lzaro Rico

Revis: Profesor:

Oscar Ivn Arillo Flores

Fecha: 12 de Febrero 2015

Resumen

Se disolvi brax en agua caliente, aproximadamente a unos 65C despus se tomaron

pequeas alcuotas en tubos, a diferentes temperaturas, posteriormente estos fueron

titulados con HCl .5 M, para conocer su concentracin, y se obtuvo experimentalmente,

H, S, G y la constante de equilibrio K. Introduccin

La constante de equilibrio K, el cambio de energa de Gibss, G, el cambio de entalpa, H, el cambio de entropa, S, de una reaccin qumica, estn relacionados de la

siguiente manera: 000 ln STHKRTG

La obtencin de la ecuacin es una prueba termodinmica de que existe una constante de

equilibrio. Ya que el G es una funcin solamente de la temperatura, no puede depender de los valores individuales de las presiones parciales. No importa cmo puedan variar las

presiones parciales individuales, segn sea la composicin del sistema en el equilibrio, la

combinacin de las Pi debe ser Kp (T), una constante a T constante. La ecuacin no slo

prueba la existencia de una constante de equilibrio Kp sino que tambin nos da una frmula

explcita para calcular Kp a partir de los datos de G.

Despejando RT

H

R

SK

00

ln

Por lo tanto, una grfica de ln K contra 1/T deber ser una lnea recta con una pendiente de

H/R y una intercepcin sobre el eje 1/T = 0 es igual a S/R. En este experimento la K de equilibrio de una reaccin es determinada a diferentes

temperaturas y a partir de una grfica de ln K vs. 1/T, los cambios de entalpa y entropa

son evaluados. La reaccin a estudiarse es la disolucin de brax (Na2B4O710 H2O) en agua, llevndose a cabo la siguiente reaccin:

Na2B407 10 H2O (S) 2 Na+ + B4O5(OH)42- + 8 H2O Por lo cual:

2454

2OHOBNaK



Maron, S., 1983

Conocimientos Previos

La entalpia en un sistema qumico

representa la reversa o depsito de la

energa trmica del sistema, la variacin

de entalpia que acompaa a cualquier

proceso que se produzca en un sistema, es

igual a la cantidad de calor intercambiada

por el sistema cuando el proceso

transcurre a presin constante; la entalpia

es una funcin de estado, un cambio en la

entalpia es igual a E + PV en un proceso a presin constante.

Hay diferentes tipos de entalpia como

por ejemplo:

Entalpia de formacin: ( ) es la

variacin de la energa calorfica en la

reaccin de trasformacin

de un mol de un compuesto

a partir de sus elementos en

sus fases estndar en

condiciones de presin y

temperatura estndar

ambientales, la entalpia de

formacin de un elemento

es cero por definicin.

La entalpia de atomizacin:

es la energa necesaria para formar un

mol de tomos gaseosos a partir del

elemento en condiciones estndar.

Las Entalpias de las transiciones de fase:

se definen formalmente para el caso del

proceso endotrmico. De ah que estas

sean todas nmeros positivos, en el caso

de una transicin de fase, la cantidad de

calor que se absorbe o se libera se expresa

por la medida de la conocida formula

La Entalpia de combustin: es la

variacin de la entalpia que se produce en

la combustin de un mol de una

sustancia.

Entalpia de disolucin: es el cambio de

entalpia asociado a la disolucin de una

sustancia en un soluto a presin

constante, est definido como La suma de

la energa absorbida y la energa liberada.

Otro aspecto a considerar es la entropa,

que es una medida de la energa no

disponible en un sistema: mientras mayor

es la entropa de un sistema, menos

disponible esta la energa de ese sistema

para efectuar un trabajo o para trasferir

calor; en trminos generales la entropa es

una medida del desorden o la

aleatoriedad .

Para el estudio de las reacciones tambin

es importante determinar la constante de

equilibrio que indica el grado al cual tiene

lugar una reaccin reversible, esta varia

con la temperatura Kc es la constante de

equilibrio con las cantidades de reactivos

y productos expresadas como

concentraciones molares. Kp es la

constante de equilibrio con las cantidades

de los reactivos y productos expresadas

como presiones parciales



Objetivo

Determinar la constante de equilibrio K a diferentes temperaturas a partir de una grfica de ln

K contra 1/T, los cambios de Entalpa y Entropa. La reaccin a estudiarse es la disolucin del

brax (Na2B4O710 H2O) en agua.



Metodologa

Resultados

Tubo Temperatura final

(C)

Titulacin (mL) Conc. De brax

(M)

60C 59 20.5 2.05

50C 43 15.9 1.59

40C 38 12.9 1.29



30C 29 8.5 .85

20C 22 3.0 .3

Peso de brax_______30gr________

Normalidad del HCl______0.5N______

Indicador: __Verde de bromocresol___

2. Calcular el valor de la constante K de equilibrio 2454log34loglog OHOBK

Log K= log 4 + 3 log [0.5]

Log K=-0.3009

K=0.5

T(C) T (K) [M]

Brax

Log K K In k (K)

50 323.15 2.05 1.5372 34.45 3.5390 .00309

40 313.15 1.59 1.2061 16.076 2.777 .003193

30 303.15 1.29 .9337 8.5855 2.1500 .00329

20 293.15 .85 .3902 2.4561 .8985 .00341

4. Con los datos obtenidos, realizar la mejor recta, graficando los valores obtenidos de 1/T (k)

en Kelvin vs In K.

y=-8127.8x +28.722

R=.994



5. Calcular los valores de H y S por ecuaciones simultneas utilizando la ecuacin de Gibbs y en forma directa de las grficas obtenidas. Hacer una comparacin de estos valores y

realizar su discusin.

a) ln K =

m= H= -mR -(-8127.8)(8.314J/mol K) = 67574.52J/mol K

b= bR = S (28.722)(8.314J/mol K ) = 238.79 J/mol K

Discusiones

Se comprob experimentalmente la dependencia de la temperatura en la solubilidad, la cual

result proporcional, a mayor temperatura hay mayor solubilidad. Siendo el brax poco

soluble en agua, pero al incrementar la temperatura se logro la saturacin de la solucin, que

a una temperatura ms baja no se hubiera logrado el objetivo. Tambin lo obtuvo la entropa y

entalpia de disolucin experimental del brax.se determino las concentraciones a las diferentes

temperaturas que marcaba la prctica, y finalmente conociendo dichas [Conc] se logro

calcular la constante de equilibrio a diferente temperatura.

Conclusiones

Se observ que la solubilidad en esta reaccin fue proporcional a la temperatura. Fue una

relacin directa para este proceso endotrmico e inversa para un proceso exotrmico.

Se obtuvo de manera experimental la entropa, entalpia de disolucin del brax. Se determino

de igual formar la constante de equilibrio, para dicha disolucin.

BIBLIOGRAFA

Maron, S.H. 1986. Fundamentos de Fisicoqumica. 1 Edicin, Ed. Prentice-Hall Hispanoamericana, Mxico: 162.

Ball, W. 2004. Fisicoqumica. 6ta edicin. Editorial Thomson, Mxico D.F.

Chang, R. 1999. Qumica. 6ta edicin. Editorial McGraw Hill., Mxico D.F.

Freeman, H. 2007. Chemistry. A proyect ACS., editorial Reverte, Mxico D.F.

Kurt, C. 1998. Termodinmica. 6ta edicin, editorial Pearson Prentice Hall., New York.



A-1 INTRODUCCIN AL TRABAJO DE LABORATORIO EN CIENCIAS Gonzlez Arredondo Diana Karina, Meja Romero Cynthya Berenice, Resndiz

Zepeda Daniela, Rico Snchez Martn Lzaro. se admite todo, todo vale, aunque con ello quiso expresar de una manera jocosa que una regla aceptable ha de ser tan flexible como para permitir el se admite todo. La fiebre historicista, que recorri buena parte de la segunda mitad del siglo veinte, remite hoy. Sin embargo, pese a los excesos de ese historicismo en el seno de la filosofa de la ciencia, sus posiciones, adems de algunas verdades provisionales, dejaron una leccin de modestia: la ciencia avanza falsando, equivocndose, rectificando, a veces a trompicones. Sin embargo, el que ello sea as, no exime a estudiantes o investigadores profesionales de la adecuada utilizacin de un mtodo apropiado. Slo a travs de l podemos tener garanta de que aquello que ofrecemos como ciencia lo es plausiblemente. Algunas teoras en filosofa de la ciencia han mostrado que lo propio de la ciencia no es su verificacin, sino su falsificacin. Pero ello, lejos de quitarle robustez o encanto, sita a sta en la ribera contraria en que se sitan la supersticin o la irracionalidad. Procedimiento:

TRABAJO EXPERIMENTAL.

Las distintas actividades sern asignadas en el laboratorio, pueden modificarse los experimentos segn los objetivos especficos de los temas a tratar. En esta ocasin para actividades propias de la asignatura de soluciones y sistemas de fases se proponen las siguientes experiencias.

ACTIVIDAD PRCTICA.

1.- Cambios energticos. De mayor a menor estado energtico.

En un vaso colocar un lquido colorido, conectar con otro vaso a travs de un trozo de algodn, dejar el sistema durante un tiempo y observar lo que ocurre.Anotar las observaciones.

2.- Reproducibilidad de la medida.

a) Medir el peso de una pieza slida por todos los integrantes del equipo.

b) Medir el peso de un lquido voltil contenido en un recipiente abierto, cada integrante har la medida despus de 3 de su compaero anterior en una balanza granataria.

3.- Formacin de fases. Columna de densidades.

Preparar 25 ml de cuatro soluciones de agua y azcar con un colorante diferente en cada una de ellas; en la primera se agregan 20 gramos de azcar, en la segunda 15 gramos de azcar, en la tercera 10 gramos de sal y en la cuarta 5 gramos de azcar. Colocar la solucin ms concentrada en el recipiente sealado o en una probeta de



100 ml, agregar la siguiente solucin en orden decreciente de concentracin tratando de hacerlo de manera cuidadosa a travs de las paredes para evitar que se mezclen las soluciones, continuar hasta colocar las cuatro y observar. Si se formaron claramente las cuatro fases, introducir una varilla o pipeta hasta el fondo y retirar la varilla o pipeta lentamente, observar.

4.- Alteracin de fases.

En un vaso colocar un poco de yodo y agua de la llave, agitar y reposar. Despus de observar que ya no existe alteracin por ms que se agite, adicionar poco a poco yoduro de potasio y observar.

5.- Tendencia de escape.

a) En un frasco de boca ancha y abierto o un vaso, colocar un lquido y marcar su nivel, llevar a la intemperie o a la estufa de secado, controlar la temperatura entre 30 y 40 centgrados, dejar durante 1 hora y revisar el nivel.

b) Repetir el experimento anterior en un frasco con tapa, preferentemente boca estrecha pero que permita introducir un dedo para tocar su pared interior. Antes de colocar el lquido asegurarse de que se encuentra completamente seco, llevar el lquido hasta el fondo para evitar que se mojen las paredes al llenarlo, moverlo con cuidado, siempre evitando que el movimiento del lquido moje las paredes. Despus de una hora a temperatura de entre 30 y 40 centgrados observar detenidamente el nivel y las paredes superiores del frasco en su parte interna, destapar el frasco y observar el tapn en su parte interna, introducir un dedo y tocar las paredes internas del frasco.

6.- Equilibrios entre fases.

a) Colocar un sobre de t o flores u hojas de un material vegetal colorido en un frasco de al menos un cuarto de litro (una botella de refresco limpia sirve) agregar 100 ml de agua de la llave caliente y agitar permanentemente, observar, seguir agitando durante una hora cada que se tenga oportunidad.

b) Repita el procedimiento anterior utilizando una mezcla de alcohol-agua de la llave caliente 1:3 con otro sobre igual de t (o el material vegetal utilizado) al experimento anterior.

7.- Solubilidad.

Preparacin de solucin insaturada, saturada y sobresaturada. Soluciones no acuosas.

Preparacin de solucin insaturada, saturada y sobresaturada.

a) Mida un volumen de agua potable y colquelo en un vaso limpio.

b) Agregue una cucharada de azcar y agite hasta que se disuelva.



c) Contine adicionando cucharadas de azcar hasta que no se disuelva ms.

d) Mida un volumen igual de agua potable y colquelo en otro vaso limpio.

e) Adicione en una sola etapa un nmero de cucharadas de azcar igual a el valor encontrado que permite su disolucin total.

f) Identifique sus soluciones insaturada o saturada y sobresaturada.

Soluciones no acuosas.

a) Coloque 25 ml de quitaesmalte en un recipiente.

b) Agregue trozos de unicel, agite y observe.

8.- Alteracin de la solubilidad.

c) Conociendo la cantidad de azcar que se puede disolver por unidad de volumen de agua potable, a la solucin azucarada e insaturada de la actividad anterior adicione el jugo de dos limones.

d) Prepare un nuevo vaso con agua potable, en la misma cantidad que las anteriores ocasiones, pero ahora adicione primero el jugo de dos limones y agregue despus la cantidad de azcar que iguale a la que contiene el primer vaso, observe y pruebe ambas soluciones.

9.- Transformacin de fases.

a) Mezcla de lquidos.

b) Mezcla de slidos y lquidos.

1) Colocar dos cucharadas de pegamento blanco en un recipiente y colorearlo.

2) Verter en otro recipiente una cucharada de almidn lquido, lentamente se agrega la mezcla de pegamento sobre el almidn.

3) Dejar que la mezcla se absorba por cinco minutos.

4) Remover y amasar.

1) Mezclar 50 ml de agua con colorante en un recipiente pequeo.

2) Agregar 100 gramos de fcula de maz al agua con colorante, sin revolver.

3) Dejar que la mezcla se asiente durante 5 minutos.

4) Separar la masa y apretar. Observar lo que ocurre.

5) Liberar de la presin. Observar lo que ocurre.

11.- Soluciones y mezclas.



Soluciones de gases.

En el tubo de ensaye colocar bicarbonato de sodio, agregar vinagre, tapar y el gas desprendido llevarlo a la botella que contiene agua, medir el volumen desplazado que se colecta en la probeta; cuando se hayan desplazado entre 100 y 200 ml retirar el tubo de ensaye y sustituirlo por otro en donde se ha colocado cido clorhdrico y granalla de zinc, volver a desplazarse un volumen de agua en la botella, parar la reaccin retirando el fuego que calienta el tubo.

Solubilidad de gas en lquido.

En un tubo de ensaye colocar bicarbonato de sodio, agregar vinagre, tapar y el gas desprendido

llevarlo a un recipiente que contiene agua, medir el pH y observar lo que ocurre conforme transcurre el tiempo

Soluciones de slidos preparadas a temperatura ambiente.

1) Preparar una mezcla de dos trozos de plastilina de diferente color y observar el resultado, observar el color y la consistencia de distintas fracciones de la mezcla.

2) Preparar una nueva mezcla con un trozo de plastilina y algo de sal, azcar o ambas.

Soluciones de slidos que se forman con sus formas lquidas al elevar la temperatura.

Mezclar azcar y colorante slido para alimentos.

Calentar suavemente hasta que la mezcla se funda.

Mantener el calentamiento durante 5 minutos para que la mezcla sea homognea.

Verter la mezcla sobre papel encerado y dejar que enfre.

Recortar, observar y probar.

Mezcla de fases a condiciones ambiente y a temperaturas mayores.

Piloncillo, agua y cacahuate. Repetir el procedimiento empleado para el azcar con el colorante. Tres partes de piloncillo, una parte de agua y cacahuate.

12.- Variacin del punto de ebullicin de un lquido puro y de una solucin salina.

Preparar 50 ml de una solucin con agua y sal, 20% w/v y colocarla en un vaso de precipitados.

Medir una cantidad igual de agua y colocarla en otro vaso de precipitados de igual caractersticas que el que contiene a la solucin salina.

Calentar simultneamente ambos vasos que contienen al agua y a la solucin salina, procurando que reciban siempre la misma cantidad de calor.



Medir la temperatura de ebullicin para el agua y la solucin salina.

13.- Variacin del punto de fusin de un lquido puro y de una solucin salina.

En una bolsa de plstico con capacidad de medio kilogramo, introducir agua de sabor y cerrar hermticamente la bolsa, puede utilizar el agua de limn previamente preparada.

La bolsa anterior se coloca dentro de otra ms grande en la que se ha puesto hielo, se cierra.

Se agita permanentemente durante unos 10 minutos. Se observa lo que ocurre con el agua de sabor.

Se repite lo anterior, solamente se modifican las condiciones en el punto b, adems de hielo se agregan 10 a 20 gramos de sal por cada dos o tres cubos de hielo.

14.- Coloides y suspensiones.

Gel antibacterial.

a.1) Pesar 0.2 gramos de carbopol y pulverizar.

a.2) Aadir poco a poco y a travs de una malla el carbopol a 100 ml de alcohol etlico agitando suavemente.

a.3) Mantener la agitacin hasta que todo el carbopol se haya disuelto.

a.4) Aadir 0.5 gramos de trietanolamina. La adicin debe de realizarse en forma extremadamente lenta y la mezcla debe de agitarse muy suavemente.

a.5) Observar la formacin del gel.

Solucin semislida.

b.1) Medir 100 ml de agua potable y poner a calentar.

b.2) Cuando el agua est caliente adicionar 10 gramos de grenetina sin sabor, agitar de manera continua hasta que toda la grenetina se disuelva.

b.3) Mantener calentando la mezcla y adicionar 10 gramos de azcar y 5 gramos de grenetina con sabor. Agitar hasta que todo est disuelto.

b.4) Vaciar la mezcla en un molde y dejar enfriar.

b.5) Cuando haya cuajado por completo recortar y observar. Probar.

b.6) Si lo desea vuelque los trozos de gomita de gelatina en azcar para que se cubran de ella.

Resultados y discusin:



Experimento 1 La capilaridad del algodn permiti formar una especie de puente de un vaso a otro, el agua con colorante se incorpor al agua incolora formando as una nueva solucin colorida. Experimento 2 Los resultados de la pesada de un corcho y un vaso con liquido voltil se representan en la siguiente tabla:

Integrante Corcho Liquido voltil

Daniela 5.5905 33.6811

Cynthya 5.5900 33.6449

Karina 5.5927 33.6526

Lzaro 5.5909 33.6673

Es evidente que la diferencia de pesos de los mismos objetos medidos por diferentes integrantes representa una cierta variacin, lo ms probable es que se trate de un error sistemtico por parte de la balanza analtica, cuyos valores de mayor confianza son las dos primeras cifras despus del punto decimal, por tal motivo puede decirse que la tercera cifra es el lmite de deteccin debido a su inestabilidad y la cuarta cifra corresponde al ruido de la balanza, ya que no es constante en ninguno de los casos y vara con mucha frecuencia, el ruido puede afectar al lmite de deteccin, razn por la cual varia, pero esta variacin de la tercera cifra no puede afectar a la segunda cifra, la cual puede ser considerada como el lmite de cuantificacin, por lo tanto, una medida por debajo de esta cifra no puede ser considerada como confiable. Experimento 3 Al incorporar las soluciones con distinta concentracin de azcar en la probeta se observo que la solucin mas concentrada de 20g/25ml se quedo en la parte inferior, la menos concentrada de 15g/25ml quedo arriba de la mas concentrada y as sucesivamente, esto se explica con la teora de que a mayor concentracin de soluto, la solucin presenta una mayor densidad, esto fue comprobado en la prctica 1 en la cual se determinaba la concentracin de las soluciones a partir de su densidad. Al introducir la varilla las soluciones se mezclan formando una sola fase. Experimento 4 Al agregar yoduro de potasio a la solucin de yodo molecular insoluble este comenz a disolverse hasta hacer homognea la solucin, esto es debido a la formacin de iones triyoduro I3- , formando de esta manera un compuesto de yodo soluble conocido como lugol. (ilustracin 1). Experimento 6 Al agregar el agua caliente sola y el agua caliente con alcohol a las hojas de buganvilia se obtuvieron las mismas tonalidades de pigmento, en teora, se debi haber obtenido ms colorante en la solucin de alcohol, ya que el etanol lisia las paredes de los cromoplastos de las clulas vegetales extrayendo mayor cantidad de pigmentos que el agua. Experimento 9 Al agregar la fcula de maz al agua y mezclarla, la aplicacin de una fuerza con la cucharilla hace que el fluido se comporte de forma ms parecida a un slido que a un lquido. Si se deja en reposo recupera su comportamiento como lquido. Esto se debe

Ilustracin 1 : formacin de yodo lugol



a que se trata de un fluido no Newtoniano. Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricacin de chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energa del impacto de un proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo flexibles si el impacto se produce a baja velocidad. Experimento 11 SE form una mezcla de gases CO2 y H2 como resultado de las reacciones llevadas a cabo en el matraz. El bicarbonato se transforma a gas Co2 con el aumento de temperatura y al entrar al recipiente con agua aumenta la presin del sistema desplazando el agua del sistema y expulsndola por el tubo hacia la probeta. Solubilidad de un gas en un lquido. El CO2 gaseoso al disolverse en agua forma H2CO3. Se va disminuyendo el pH del agua debido a que el gas que entra a sta forma cido carbnico en el agua y disminuye el pH del agua hasta pH=5. Experimento 12 Cuando el cloruro de sodio se disuelve en agua, la sal se separa en sus iones, los iones de sodio y cloro. Estos iones afectan las molculas de agua. Elevan el punto de ebullicin ya que en el agua salada, los iones de Na+ y Cl- ocupan el lugar entre las molculas de agua. Por ello se requiere de ms energa para que la presin de vapor aumente lo suficiente para alcanzar el punto de ebullicin. Las propiedades coligativas miden la cantidad de molculas disueltas en la solucin. La sal y el azcar tienen diferentes cantidades de molculas y afectan a la solucin por la cantidad de partculas que se disuelven en el agua. Incrementar la molaridad y los iones en el agua directamente incrementar el punto de ebullicin. La solucin con cloruro hirvi a 98-99C mientras que el agua destilada hirvi desde los 92-93C . Experimento 13 Cualquier cosa con un punto de congelacin ms bajo que el agua que se disuelve en una solucin, bajar el punto de congelacin de la solucin en su conjunto. Al agregar sal al hielo su principal efecto es bajar el punto de congelacin mediante la adicin de molculas de no agua la solucin. Por ello al hacer el helado con hielo y sal es mucho ms rpido, ya que la temperatura est por debajo de los 0C. Experiemento 14 Este experimento se repiti 5 veces y en ninguna de ellas se obtuvo el gel antibacterial, se cree posiblemente por la procedencia del carbopol ya que al tratar de disolverlo quedaban pequeos grumos que no se disolvan por ms que se aplicara agitacin. Solucin semislida. Esta mezcla a menor temperatura se comporta ms como slido mientras que empieza a tomar caractersticas de un lquido al aumentar temperatura, hasta llegar a un punto de fusin de la mezcla. Semislido es un trmino para algo que yace en los lmites de un slido y un lquido. Los semislidos pueden soportar su propio peso y mantener su forma como los slidos pero tambin adoptan la forma de un recipiente si se les aplica presin. Conclusin: Se determinaron caractersticas de diferentes tipos de soluciones y se especificaron las causas por las que estas se comportan de cierta manera. Est prctica se realiz en dos partes, en dos sesiones diferentes pero se decidi juntar todo en un mismo documento para una mejor integracin de todas las propiedades fsicas que podemos



observar en el comportamiento de cosas tan comunes y caseras como lo son una palanqueta o unas deliciosas gomitas.



Universidad Autnoma de Quertaro

Facultad de Qumica

Laboratorio de soluciones y sistemas de fases

Nombre de la practica:

Mtodo a microescala para la medicin de la precisin de vapor asociado a las variables termodinmicas y el peso molecular

Prctica 3

Realiz: -Gonzlez Arredondo Diana Karina -Meja Romero Cynthya Berenice -Resndiz Zepeda Daniela -Rico Snchez Lzaro

Fecha de realizacin:

26/02/2015

Fecha de entrega :

12/03/2015

I. RESUMEN

En est practica se realiz un experimento para determinar el punto normal de

ebullicin y el peso molecular en funcin de la presin de vapor y temperatura en

una mezcla de dos componentes, las mediciones se realizaron para agua pura,

etanol-agua y metanol agua, las soluciones de los alcoholes fueron preparadas

para 25%, 50%, 75%. Se midi el cambio en la presin de vapor a distintas

temperaturas por medio de un tubo Wintrobe invertido con una burbuja de aire en

la parte superior.

Algunos de los resultados presentaron variaciones significativas con lo reportado

en la teora mientras que otros fueron muy prximos a stos.

II. INTRODUCCIN

Simplemente de midiendo presiones de vapor, uno puede aprender:

termodinmica, utilizacin de soluciones qumicas, uniones intermoleculares, la

qumica de los gases y la determinacin del peso molecular de sustancias puras.

Se ha puesto atencin al hecho de que un lquido colocado en una vasija se

evaporar parcialmente para establecer una presin de vapor encima del lquido

que depende de la naturaleza de ste, y es, en el equilibrio, constante a cualquier

temperatura establecida. Esta presin es conocida como presin saturada del

vapor lquido correspondiente. En tanto se mantiene sta, el lquido no exhibe ms

tendencia a evaporarse, pero a una presin menor hay una nueva transformacin



hacia la fase de gas, y a otra ms elevada se verifica una condensacin, hasta

restablecer la presin de equilibrio.

Para un lquido cualquiera, la vaporizacin va acompaada de absorcin de calor

y la cantidad de ste para una temperatura y presin dadas, requerida para

calentar cierto peso de lquido se conoce con el nombre de calor de vaporizacin y

es la de vapor y lquido.

Hay varios procedimientos de medir la presin de vapor de un lquido que se

clasifican en estticos y dinmicos. En los primeros se deja que el lquido

establezca su presin de vapor sin que haya ninguna perturbacin, mientras que

en los dinmicos el lquido hierve o se hace pasar una corriente de gas inerte a

travs del mismo. La lnea de separacin entre esos mtodos no es muy clara

siempre, y un procedimiento particular es a veces, una combinacin de los dos.

(Maron, S., 2004.)

La presin de vapor se define como la presin de la fase gaseosa o de vapor de

un slido o un lquido sobre la fase liquida, para una temperatura determinada, en

la que la fase liquida y el vapor se encuentran en equilibrio

termodinmico/reacciones opuestas ocurren al mismo paso

Los vapores y los gases, tienden a ocupar el mayor volumen posible y ejercen as

sobre las paredes de los recintos que los contienen, una presin tambin llamada,

fuerza elstica o tensin. Para determinar un valor sobre esta presin se divide la

fuerza total por la superficie en contacto La presin de vapor aumenta de forma no linear con la temperatura y la relacin

entre estas variables est dada por la ley de Clausius-Clapeyron. La presin de

vapor de un lquido aumenta con la temperatura debido a que al aumentar la

energa del sistema permito que las molculas puedan escapar ms fcilmente de

la superficie del lquido. La ecuacin Clausius-Clapeyron

es una forma de caracterizar el cambio de fases entre un lquido y el slido. En un diagrama P-T (presin- temperatura), la lnea que separa ambos estados se conoce como curva de coexistencia. La relacin de Clausius-Clapeyron da la pendiente de dicha curva. Matemticamente se puede expresar como:

=



Ley de Raoult Franois Marie Raoult efectu una generalizacin

para una solucin ideal conocida como la ley de

Raoult, la cual postula que para un solvente

(sustancia 1), su presin de vapor P1 es igual a su

fraccin molar en solucin multiplicada por la opresin parcial P1

constante.

del solvente puro, a temperatura

Puede formularse una ecuacin anloga para el soluto (sustancia 2), que es la ecuacin de Raoult:

o S la solucin tiene presiones de vapor parciales que sigan esta ecuacin, se dice que dicha solucin sigue la ley de Raoult y se comporta de manera ideal. Las soluciones reales se ajustan a la ley de Raoult cuanto ms diluida es la solucin. Es decir todas las soluciones reales se comportan idealmente cuando la concentracin de los solutos se aproxima a cero. Este comportamiento se muestra en la figura 9 (lnea punteada) para el soluto. En una mezcla gaseosa, la razn entre la presin parcial del vapor de agua y la presin de vapor de agua pura a la misma temperatura, se conoce como Humedad Relativa. Cuando se multiplica por 100, es el porcentaje de humedad relativa. Por lo tanto:

y La presin de vapor es un concepto de gran importancia, sirve para determinar si

un fluido est cerca al punto de ebullicin o por debajo o por encima de ese punto

de ebullicin. Se utiliza en destilacin de soluciones, para separar diferentes

componentes, en sistema de bombeo de lquidos para determinar si una bomba le

sirve para ser utilizada en el bombeo, por determinacin del NPSH que utiliza el

valor de la presin de vapor. Tambin para determinar el peso molecular de

solutos de los cuales se desconoce.

III. OBJETIVOS Medir la presin de vapor de sustancias puras y sus mezclas y asociarlas a

las variables termodinmicas (entalpa, entropa y punto de ebullicin).

Determinar el peso molecular, utilizando un mtodo a micro escala para

este experimento



IV. METODOLOGA

IV.1 Material y equipo

3 tubos Wintrobe de 1mL (1/100)

3 Tubos de 18x150 mm

1 Balanza

1 Probeta graduada de plstico de

100 mL

2 Vasos de precipitados de (50 y

250) mL

1 Termmetro de alcohol (-20C a

+100C)

1 Plato caliente

IV.2 Reactivos y soluciones

100 mL de Alcohol desnaturalizado (95% etanol, 5% alcohol isoproplico)

100 mL de Metanol

VI.3 Disposicin de residuos

Diluir con agua y desechar en la tarja

IV.4 Procedimiento

1.- Las soluciones acuosas de los alcoholes al 25, 50 y 75% v/v, se preparan colocando un volumen conocido de uno de los alcoholes en una probeta graduada

y despus adicionando agua hasta completar 100 mL. 2.- El microtubo, se llenar a menos de 0.15 mL de la parte superior. Se tapa con el dedo y se invierte y la burbuja de aire se lleva por agitacin hacia la parte inferior del tubo. 3.- El microtubo invertido se sumerge en 20 mL de agua en un tubo que se encuentra en un bao de hielo a 4 C. Se inserta un termmetro en el tubo, de manera que su bulbo est al nivel de la burbuja en el microtubo. 4.-Leer despus de 10 minutos el volumen de la burbuja a los 4 C a partir de las graduaciones del microtubo y se registra como V2. 5.-Se coloca el aparato en bao Mara, primero a temperatura ambiente y despus con un calentamiento muy lento, cuidando que el termmetro se encuentre al nivel de la mitad de la burbuja. 6.-Se lee el volumen de la burbuja cada 5 C. Estas temperaturas se registran como T ( C) y los volmenes correspondientes se registran como V3 volumen a 45 y 50 C se registra para cada solucin.



V. RESULTADOS Agua pura (T en C) T en K 1/T

Volumen desplazado (ml)

Vol en L Presin de

vapor (atm) lnPv

n de aire (mol)

Presin del aire (atm)

4

30

277.15

303.15

0.003608

0.003299

0.16

0.19

0.00016

0.00019

0

0.076528291

0 -

2.57

6.82428E-06

6.82428E-06

0.00097

0.000893472

35

308.15

0.003245

0.2

0.0002

0.107202237

- 2.23

6.82428E-06

0.000862798

40

45

313.15

318.15

0.003193 0.003143

0.21

0.22

0.00021

0.00022

0.134954855

0.160184508

-2 -

1.83

6.82428E-06 6.82428E-06

0.000835045 0.000809815

50 323.15 0.003095 0.23 0.00023 0.183220278 -1.7 6.82428E-06 0.00078678

0 0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-0.5

-1

H=-Rm

H=-(8.3145)*(-4221.5)

H= 35099.66 J/mol

-1.5

-2

Series1

Lineal (Series1)

S= Rb

S=(8.3145)*(11.421)

S=94.95 J/molK

-2.5 y = -4221.5x + 11.421 R = 0.9731

-3



Metanol 25% (T en

C)

T en K

1/T

de

Volumen splazado (ml)

Vol en L

Presin de vapor (atm)

lnPv

n de aire (mol)


4 277.15 0.003608 0.18 0.00018 0 0 7.67732E-06 0.00097

- 30 303.15 0.003299 0.2 0.0002 0.015102111 4.19 7.67732E-06 0.000954898

- 35 308.15 0.003245 0.21 0.00021 0.045573825 3.09 7.67732E-06 0.000924426

- 40 313.15 0.003193 0.22 0.00022 0.073275384 2.61 7.67732E-06 0.000896725

45 318.15 0.003143 0.24 0.00024 0.134877774 -2 7.67732E-06 0.000835122

- 50 323.15 0.003095 0.26 0.00026 0.187002873 1.68 7.67732E-06 0.000782997

Presin de vapor agua Presin de vapor netanol: 0.0297 g etanol: 0.9541g

pura

0

X1

0.87

X2

0.13

total sobre la mezcla

0.0000234 nagua: 0.2 PM: 32.12g/mol

0.076528291 0.87 0.13 0.066605613

0.107202237 0.87 0.13 0.093293246

0.134954855 0.87 0.13 0.117439324

0.160184508 0.87 0.13 0.139391722

0.183220278 0.87 0.13 0.159435442

0 0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-0.5

-1

-1.5

-2

-2.5

-3

-3.5

-4

-4.5

y = -12028x + 35.715

R = 0.9619

Series1

Lineal (Series1)

H=-Rm

H=-(8.3145)*(-12028)

H= 100006.80 J/mol

S= Rb

S=(8.3145)*(35.715)

S=296.952 J/molK Peb: H/S

Peb: 100006.80/296.952

Peb: 336.77 K

Metanol 50% (T en

C)

4


0.13


0

n de aire (mol)

5.54473E-06

T en K 1/T Vol en L lnPv Presin del aire (atm)

0.00097 277.15 0.003608 0.00013 0 -

1.84 -

1.66 -

1.51

30 303.15 0.003299 0.17 0.00017 0.158648852 5.54473E-06 0.000811351

35 308.15 0.003245 0.18 0.00018 0.191085353 5.54473E-06 0.000778915

40 313.15 0.003193 0.19 0.00019 0.220107485 5.54473E-06 0.000749893

netanol: 0.06 g etanol: 1.9280g

nagua: 0.1338 PM: 32.13g/mol

45 318.15 0.003143 0.2 0.0002 0.246227404 -1.4 5.54473E-06 0.000723773

50 323.15 0.003095 0.22 0.00022 0.30168427 -1.2 5.54473E-06 0.000668316 Presin de vapor agua

Presin de vapor

pura X1 X2 total sobre la mezcla 0 0.7 0.3 0.000039

0.076528291 0.7 0.3 0.053620804

0.107202237 0.7 0.3 0.075095566

0.134954855 0.7 0.3 0.094525399

0.160184508 0.7 0.3 0.112189156

0.183220278 0.7 0.3 0.128320195

0 0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-0.2

-0.4

-0.6

-0.8

-1

-1.2

-1.4

y = -3014.4x + 8.1092

R = 0.9912

Series1

Lineal (Series1)

H=-Rm

H=-(8.3145)*(-3014.4)

H= 25063.22 J/mol

S= Rb

S=(8.3145)*(8.1092)

S=67.4239 J/molK

Peb: H/S

Peb: 25063.22/67.4239-1.6

-1.8 Peb: 371.72 K

-2

Metanol 75% (T en

C)

4


0.11


0

n de aire (mol)

4.69169E-06


0.00097 277.15 0.003608 0.00011 0 -

1.65 -

1.48 -

1.34

30 303.15 0.003299 0.15 0.00015 0.191935053 4.69169E-06 0.000778065

35 308.15 0.003245 0.16 0.00016 0.228533172 4.69169E-06 0.000741467

40 313.15 0.003193 0.17 0.00017 0.260825631 4.69169E-06 0.000709174


nagua: 0.06791 PM: 32.0521g/mol

32.1007 353.7533333 80.60333333

Peb terico 64.7 C PM terico 32.04

45 318.15 0.003143 0.19 0.00019 0.325344246

50 323.15 0.003095 0.22 0.00022 0.404502075

Presin de

- 1.12 4.69169E-06 0.000644656

- 0.91 4.69169E-06 0.000565498

vapor agua pura X1 X2

Presin de vapor total sobre la mezcla

0 0.44 0.66 0.0000726

0.076528291 0.44 0.66 0.033771448

0.107202237 0.44 0.66 0.047274584

0.134954855 0.44 0.66 0.059492336

0.160184508 0.44 0.66 0.070606584

0.183220278 0.44 0.66 0.080762122

0 0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-0.2

-0.4

H=-Rm

H=-(8.3145)*(-3607.1)

-0.6

-0.8

-1

-1.2

-1.4

-1.6

y = -3607.1x + 10.225 R = 0.9877

Series1

Lineal (Series1)

H= 29991.23 J/mol

S= Rb

S=(8.3145)*(10.225)

S=85.015 J/molK

Peb: H/S

Peb: 29991.23/85.015

Peb: 352.77 K

-1.8

% v/v PM g/mol Peb en K Peb en C

25 32.12 336.77 63.62

50 32.13 371.72 98.57

75 32.05 352.77 79.62

=

Etanol 25% (T en

C)



n de aire (mol)



nagua: 0.1991 PM: 46.17g/mol

4

30

277.15

303.15

0.003608 0.003299

0.22

0.26

0.00022 0.00026

0.264545455

0.317078366

0 -

1.15

9.38339E-06 9.38339E-06

0.00097 0.000897767

35

308.15

0.003245

0.28

0.00028

0.353715884

- 1.04

9.38339E-06

0.000847391

40

313.15

0.003193

0.29

0.00029

0.365312136

- 1.01

9.38339E-06

0.000831446

45

318.15

0.003143

0.3

0.0003

0.376135306

- 0.98

9.38339E-06

0.000816564

50

323.15

0.003095

0.33

0.00033

0.421638375

- 0.86

9.38339E-06

0.000753997

Presin de vapor agua

Presin de

vapor

pura X1 X2 total sobre la mezcla 0 0.92 0.08 0.0000176

0.076528291 0.92 0.08 0.070426828

0.107202237 0.92 0.08 0.098648458

0.134954855 0.92 0.08 0.124181667

0.160184508 0.92 0.08 0.147393747

0.183220278 0.92 0.08 0.168589056

0 0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-0.2

-0.4

-0.6

y = -1236.8x + 2.9444

R = 0.9375

Series1

H=-Rm

H=-(8.3145)*(-1236.8)

H= 10,283.37 J/mol

S= Rb

S=(8.3145)*(2.944)

S=24.47 J/molK

-0.8 Lineal (Series1)

Peb: H/S

Peb: 10283.37/24.47 -1

Peb: 420.24K

-1.2

-1.4

Etanol 50% (T en

C)



n de aire (mol)


Presin de vapor agua

pura

X1

X2

Presin de vapor

total sobre la mezcla

0 0.79 0.21 0.000042

0.076528291 0.79 0.21 0.06050775

0.107202237 0.79 0.21 0.084742267

0.134954855 0.79 0.21 0.106671035

0.160184508 0.79 0.21 0.126604561

0.183220278 0.79 0.21 0.14480702

4 277.15 0.003608 0.2 0.0002 0 0 8.53035E-06 0.00097

- 30 303.15 0.003299 0.24 0.00024 0.085835288 2.46 8.53035E-06 0.000884165

- 35 308.15 0.003245 0.25 0.00025 0.107202237 2.23 8.53035E-06 0.000862798

- 40 313.15 0.003193 0.27 0.00027 0.158150554 1.84 8.53035E-06 0.000811849

- 45 318.15 0.003143 0.28 0.00028 0.174645499 1.74 8.53035E-06 0.000795355

- 50 323.15 0.003095 0.3 0.0003 0.216002766 1.53 8.53035E-06 0.000753997


nagua: 0.1333 PM: 46.078g/mol

0 0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-0.5

-1

-1.5

-2

-2.5

y = -4581.1x + 12.675

R = 0.9723

Series1

Lineal (Series1)

H=-Rm

H=-(8.3145)*(-4581.1)

H= 38089.55 J/mol

S= Rb

S=(8.3145)*(12.675)

S=105.38 J/molK

Peb: H/S

Peb: 38089.55/105.38

Peb: 361.44 K

-3


nagua: 0.06736 PM: 46.075g/mol

Etanol 75% (T en

C)

T en K

1/T

Vol despla

umen zado (ml)

Vol en L


lnPv

n de aire (mol)


4

30

277.15

303.15

0.003608

0.003299

0.15

0.17

0.00015

0.00017

0

0.033825599

0 -

3.39

6.39776E-06

6.39776E-06

0.00097

0.000936174

35

308.15

0.003245

0.18

0.00018

0.07125233

- 2.64

6.39776E-06

0.000898748

40

313.15

0.003193

0.19

0.00019

0.104739406

- 2.26

6.39776E-06

0.000865261

45

50

318.15

323.15

0.003143

0.003095

0.2

0.22

0.0002

0.00022

0.134877774

0.198866465

-2 -

1.62

6.39776E-06

6.39776E-06

0.000835122 0.000771134

Presin de Presin de vapor

X1 X2 total sobre la mezcla

0.53 0.47 0.0000705

0.53 0.47 0.040639894

0.53 0.47 0.056901786

0.53 0.47 0.071615373

0.53 0.47 0.084991789

0.53 0.47 0.097210147

vapor agua

pura

0

0.076528291

0.107202237

0.134954855

0.160184508

0.183220278

0

0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335 -0.5

-1

-1.5

-2

-2.5

-3

-3.5

y = -8216.7x + 23.872

R = 0.9645

Series1

Lineal (Series1)

H=-Rm

H=-(8.3145)*(-8216.7)

H= 68317.75 J/mol

S= Rb

S=(8.3145)*(23.872)

S=198.48 J/molK

Peb: H/S

Peb: 68317.75/198.48

Peb: 344.20 K

-4

% v/v PM g/mol Peb en K Peb en C

25 46.17 344.2 71.05

50 46.078 361.44 88.29

75 46.17 420.24 147.09

= 46.1393333 375.2933333 102.1433333

Peb terico 78.37 C

PM terico 46.06

VI. DISCUSIN DE RESULTADOS

Para el metanol se obtuvo un PM promedio de 32.10 g/mol, valor que es muy cercano

al reportado en la teora, 32.04 g/mol. Para la solucin al 75% se encontr el valor de

peso molecular ms cercano al terico con un valor de 32.0521 g/mol.

Para el punto normal de ebullicin el valor ms cercano se encontr en la solucin al 25% con un valor de

63.62 C, mientras que el valor terico es de 64.7 C. En la solucin al 50% el punto

normal de ebullicin fue el ms alejado del valor terico con 98.57 C y tambin fue el

valor ms alto en peso molecular. Las fracciones molares calculadas fueron iguales a las

reportadas en el artculo para el caso de las soluciones al 25% y 50%, mientras que para

la solucin 75% hubo una pequea diferencia en decimales.

Para el caso del metanol el peso molecular ms cercano lo tuvo la solucin 50% y el punto de ebullicin fue

para la solucin al 25% , mientras que la solucin al 75% dio los valores

extremadamente altos tanto para peso molecular como para el punto normal de

ebullicin, pienso que esto podra deberse un poco a las impurezas del 5% que

presenta el etanol ya que no fueron tomadas en cuenta al momento de calcular la

presin de vapor total y pues en el caso de la solucin al 75% se hacen ms presentes

que en una de 25%.

Tambin las fracciones molares calculadas fueron diferentes a las reportadas en el artculo y mayormente en

la de 75% donde X1= 0.53 y X2=0.47 (las tericas son 0.32 y 0.68, respectivamente).

Nuestras mediciones a simple vista parecen ilgicas pues esperaramos que la fraccin

del agua fuera menor a la fraccin del etanol como el caso del artculo, todo esto est

en funcin del volumen desplazado y la diferencia podra deberse a diversos factores

como una mala medicin o una mala preparacin de la muestra, en ste caso lo mejor

sera repetir el experimento con sta muestra cuyo valor est fuera del rango esperado.

VII. CONCLUSIONES

La presin de vapor de las sustancias nos puede ayudar a encontrar el punto normal

de ebullicin y el peso molecular de los componentes de una mezcla ayudndonos

de la ley de Raoult y la ecuacin de Clausius- Clapeyron. Nuestro experimento fue

exitoso para el clculo de los pesos moleculares de ambos alcoholes mientras que,

para el punto normal de ebullicin no tanto como hubiramos querido.

Estos experimentos se pueden llevar a un nivel de aplicacin industrial como son

los casos de destilacin, sobre todo en la industria petroqumica donde los puntos

de ebullicin y las presiones de vapor son tan importantes para la obtencin de

diversos compuestos tiles en la vida diaria.

VIII. BIBLIOGRAFA

-Maroon H. S., Prutton C. F. Fundamentos de fisicoqumica, Editorial Limusa, 1984

Universidad Autnoma de

Quertaro

Facultad de Qumica



Determinacin de volmenes molares parciales de los componentes de una mezcla.

Prctica 4



12/03/2015

Fecha de entrega :

19/03/2015

I. RESUMEN

El volumen molar de una solucion no resulta de la sumatoria del volumen de

sus componentes debid a factores como el empaquetamiento molcular, por

ejemplo. En esta practica se dmostro este hecho mediante la experimentacin

con una mezcla metanol-agua.

Se fabricaron tres picnmetros a partir de pipetas pasteur para su posterior uso

en el clculo del volumen molar parcial de una mezcla a distintas

concentraciones en % w/w de metanol-agua. El Volumen molar parcial fue

obtenido a partir de grficar el inverso del Volumen molar de la solucin contr a

fraccin mol del soluto (el metanol en este caso).

II. INTRODUCCIN

La mayora de las variables termodinmicas son de dos tipos: las propiedades extensivas, que dependen de la cantidad de la solucin como son V, U, H, S, y G; y las propiedades intensivas que son independientes de la cantidad de la solucin como son P y T. Entre las variables termodinmicas intensivas estn las Cantidades Molares Parciales definidas por Lewis de la manera siguiente:

Si X representa cualquier propiedad extensiva de las mencionadas anteriormente, de una solucin de i componentes a temperatura y presin constantes, X ser funcin de las variables independientes ni que representan el nmero de moles de cada componente, entonces:

La magnitud o cantidad molar parcial se designa con una barra sobre la letra que representa la propiedad y con un subndice que exprese el componente al cual se refiere el valor. Como sabemos, en la mayora de las soluciones, el volumen no es funcin lineal de la composicin, es decir, no experimenta incrementos iguales de volumen con incrementos iguales de soluto en una cantidad fija de solucin. En esta prctica estudiaremos el volumen molar parcial Vi, el cual podemos definir como: El incremento en el volumen de una cantidad infinita de soluciones (o una cantidad tan grande que resultan insignificantes las variaciones de concentracin), cuando se adiciona una mol del componente i, a temperatura y presin constantes, sin variar la composicin de los otros componentes.

Existen diferentes mtodos matemticos o grficos para determinar los volmenes molares parciales, pero generalmente todos se basan en la determinacin de las densidades de soluciones de diferentes concentraciones. Si utilizamos el Mtodo de la Ordenada la Origen o de las Tangentes, necesitamos introducir el concepto de Volumen Molar Promedio de la solucin, Vm, que se define como el volumen de la solucin (VT), dividido entre el nmero total de moles de los diferentes componentes presentes.

Para una mezcla binaria:

Para obtener los valores de los volmenes molares parciales, se elabora una grfica de Vm contra fraccin mol del componente 2. Sobre la curva obtenida, se traza una lnea tangente en un punto que corresponda a una fraccin mol especificada del componente 2. La ordenada para x2 = 0 es el valor de 1 V, que corresponde al volumen molar parcial del componente 1 para esa composicin en particular, y por lo tanto la ordenada en el eje paralelo cuando x2 = 1, ser el volumen molar parcial del componente 2 para esa composicin en particular. La pendiente de la tangente ser la variacin del volumen molar promedio con la concentracin. Si observamos los diferentes valores de los volmenes molares parciales de los dos componentes, conforme la composicin de la solucin se acerca al componente 1 puro o al componente 2 puro, la propiedad molar parcial se acerca al valor del volumen molar del componente puro. De esta forma se puede obtener

la variacin de los volmenes molares parciales, al ir modificando la concentracin de un componente en la mezcla.

III. Conocimientos previos

Una mezcla binaria homognea es una mezcla de dos constituyentes (A y B) que presentan un sola fase y que mantiene la misma composicin fisicoqumica, a nivel macroscpico, en todo el espacio que ocupa. La composicin fisicoqumica de una mezcla binaria homognea se establece mediante las concentraciones de los constituyentes A y B, que pueden darse en diferentes sistemas de unidades. Las magnitudes molares parciales juegan un papel muy importante en el estudio termodinmico de las disoluciones. Su naturaleza como derivadas puede oscurecer en principio su carcter y su autntico papel, se debe reconocer que dan cuenta de la contribucin de un mol de una determinada sustancia, en cada disolucin en particular, al valor de la propiedad que se sta considerando. (Brown, 2002) Definiremos como propiedad molar parcial a la magnitud que describe cmo cambia el valor de la propiedad F cuando, manteniendo todas las otras constantes, modificamos el nmero de moles de la especie en cuestin. Indicaremos a las propiedades molares parciales de la siguiente manera:

La propiedad molar parcial representa la contribucin que hace por mol el componente k-simo, cuando a un sistema constituido por un nmero apreciable de moles de todos los componentes, se agrega un mol de este componente sin que se modifique la composicin del sistema. As, tendremos que a cada componente se le puede asignar la correspondiente propiedad molar parcial. En resumen, la propiedad molar parcial da cuenta de la contribucin que cada sustancia realiza por mol a la propiedad en cuestin. 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 composicin sea constante. El volumen molar parcial, VJ, de una sustancia J de una cierta composicin se defina de la siguiente manera:

Donde n significa que las cantidades de las dems sustancias presentes son constantes. El volumen molar parcial es la pendiente del grfico del volumen total al modificar la cantidad de J, manteniendo constantes la presin, la temperatura y la cantidad de los dems componentes. (Atkins, 2008) Mtodo de las ordenadas en el origen: se prepara una serie de disoluciones a diferentes fracciones molares del componente 1 (X1) y del componente 2 (X2), y se representa los volumenen molares medidos para estas disoluciones (V=V/n, siendo n=n1+n2) frente a la fraccin molar de uno de los componentes, X2.

En la figura se ven los volmenes molares medidos para una serie de disoluciones donde las mezclas tienen diferente fraccin molar. (Encarnacin, 2013)

IV. OBJETIVOS

Fabricar un micropicnmetro y usarlo para determinar densidades. Calcular el volumen molar promedio a partir de los datos experimentales. Mediante la aplicacin del Mtodo de las Ordenadas al Origen, determinar el volumen molar parcial de cada uno de los componentes para una composicin dada.

V. METODOLOGA

IV.1 Material y equipo 1 Balanza analtica 3 Jeringas de 5 mL o 10 mL, con manguera 1 Micropicnmetro 1 Termmetro de 100 C 2 Vasos de precipitado de 50 mL 1 Vidrio de reloj 10 matraces erlenmeyer de 10 mL con tapn 1 Lima 1 Bulbo para pipeta Pasteur 1 Pinzas de diseccin 2 Microbureta de 2 mL y 10 mL (pipetas) 6 Pipetas Pasteur (de desecho)

IV.2 Reactivos y soluciones

Metanol absoluto Agua destilada

IV.3 Requerimientos de seguridad Usar bata blanca de manga larga de algodn cerrada Zapato cerrado de piel o de seguridad. Lentes de seguridad Guantes de ltex Mascarilla IV.4 Disposicin de residuos La pequea cantidad de solucin necesaria para enjuagar el micropicnmetro cada vez que se cambia de solucin a medir, se almacena en un recipiente

reservado expresamente para ello. Terminado el experimento, se mezclan todas las soluciones en el recipiente anterior, de tal forma que se diluyan las soluciones ms concentradas con las ms diluidas. El volumen total de residuos es aproximadamente 100 mL. Como la mezcla es prcticamente neutra, el soluto se encuentra muy diluido y es biodegradable, se desecha por la caera.

VI. Procedimiento

Fabricacin de un micropicnmetro. Para construir un micropicnmetro, se toma una pipeta Pasteur y se calienta aproximadamente a 1 cm de la parte cercana al capilar hacindola rotar continuamente, hasta que el vidrio est suave. En este momento la pipeta se retira de la flama y se estira de inmediato, formando un filamento o capilar muy delgado. Se corta cuidadosamente a partir del micropicnmetro formado, se sella por ese lado redondendolo en la flama, mientras que por el otro, se corta con una lija metlica (aproximadamente 0.2 0.3 cm del capilar original de la pipeta Pasteur), y se pule en la flama, formando la boca del mismo.

El picnmetro es llenado con la solucin (puede ser con otra pipeta pasteur o una jeringa). Un micropicnmetro como el fabricado tendr un volumen aproximado de 0.5 mL a 1 mL (500 L a 1000 L) aunque este dato no es importante, ya que el volumen permanece constante. b) Determinacin de la densidad de un soluto puro. Pesar el micropicnmetro vaco, con agua destilada y con el soluto puro: Obtener de la literatura la densidad del agua a la temperatura ambiente. Utilizando esta informacin, determinar la densidad del soluto puro mediante la siguiente frmula:

= densidad del lquido problema T H2O = densidad del agua a la temperatura T M1 = masa del picnmetro vaco M2 = masa del picnmetro con agua M3 = masa del picnmetro con el lquido problema

c) Determinacin de la densidad de diferentes soluciones de metanol - agua. A partir de la densidad calculada para el metanol y la obtenida del agua a temperatura ambiente, realizar los clculos necesarios para conocer el volumen de agua y metanol requeridos (0.1 mL), para preparar soluciones de 5, 10, 20,...90 por ciento de soluto (metanol) en agua, con una masa total de 10 g aproximadamente (para los clculos en el reporte, recalcular la masa de cada componente, para determinar el volumen total real de las soluciones preparadas). Prepara las soluciones en los matraces erlenmeyer de 10 mL, utilizando las microburetas de 10 mL. Colocar las soluciones preparadas en un bao de agua a temperatura ambiente, durante 15 minutos, para que lleguen al equilibrio trmico. Registrar la temperatura. Nota. Antes de cada medicin, se enjuaga el micropicnmetro con una pequea cantidad de solucin a medir. Los datos necesarios para determinar las densidades de cada solucin, se obtienen pesando el micropicnmetro, con cada una de las soluciones preparadas, secndola perfectamente por la parte exterior. La solucin se extrae y se introduce del micropicnmetro, utilizando cada vez una pipeta Pasteur limpia y seca. A partir de esta informacin, los datos de los pesos del micropicnmetro vaco y con agua obtenidos anteriormente y mediante la utilizacin de la frmula, se determinarn las densidades de las soluciones a diferentes concentraciones de metanol en agua. Ya obtenidos los valores de densidad de las diferentes soluciones preparadas, se determina el Volumen Total y el Volumen Molar Promedio de cada solucin, de donde posteriormente se obtendr el Volumen Molar Parcial de cada componente. Urquiza M. 1970

VII. Resultados:

1. Disponer de una tabla de densidades del agua a diferentes temperaturas.

(Perrys 7 Th 2-91)

2. Realizar los clculos convenientes para determinar el volumen de soluto y solvente (metanol y agua, respectivamente) necesarios para preparar soluciones de 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 por ciento en peso de soluto, con una masa total de 15 g cada una de ellas. -Solucin 5%

-Solucin 10%

-Solucin 20%

-Solucin 30%

-Solucin 40%

Para las soluciones del 50, 60, 70, 80 y 90% se sigui el mismo procedimiento. En la siguiente tabla se muestran las cantidades de etanol que fueron aadidas:

Solucin (%) g de soluto mL de etanol

50 7.5 9.47

60 9 11.36

70 10.5 13.26

80 12 15.16

90 13.5 17.05

3. Plantear la ecuacin para determinar cul ser el volumen total de una

mezcla metanol-agua cuya densidad en g / mL y masa total en gramos, son conocidas.

Reportar todos los datos experimentales tabularmente.

Picnmetro g Vaco g con Agua Volumen de agua (mL)

1 1.1582 2.2796 1.1214 2 1.771 2.3591 1.182 3 0.933 1.8549 0.9217

VIII. Clculos

Mtotal de la solucin = 15g

6. Determinar las densidades para cada una de las soluciones.

% Metanol

M1 M2 M3 T H20

5 1.1582 2.2796 2.2732 0.997045 0.99135471

10 1.771 2.3591 2.3361 0.997045 0.95805157

20 0.933 1.8549 1.8336 0.997045 0.97400882

30 1.1582 2.2796 2.2322 0.997045 0.95490131

40 1.771 2.3591 2.2765 0.997045 0.85700773

50 0.933 1.8549 1.7872 0.997045 0.9238267

60 1.1582 2.2796 2.1593 0.997045 0.89008538

70 1.771 2.3591 2.2067 0.997045 0.73867116

80 0.933 1.8549 1.718 0.997045 0.84898614

90 1.1582 2.2796 2.0892 0.997045 0.82775896

Dar dos ejemplos del clculo de la densidad de las soluciones

7. Determinar el Volumen Molar Promedio para cada una de las soluciones preparadas y las fracciones mol del soluto de cada una de ellas.

En donde: Vm: vol. Molar, VT: Vol. Total, Dsolucin: densidad de soln., Ws: peso del picnmetro con solucin a tratar, Wv: peso del picnmetro vaco, Wa: peso de agua y Wv: peso del picnmetro vaco, H2O a la temperatura de trabajo.

Datos para determinar el volumen molar promedio y fracciones molares de cada solucin de metanol.

% Metanol n1(metanol) n2(agua) Vtotal Vmolar

5 0.0234 0.7917 1.12472356 0.91676217

En la grfica 1 se muestras las soluciones

medidas con el picnmetro 1 que fueron al

5, 30, 60 y 90 %. En el grfico 2 con el

picnmetro 2 se midieron al 10, 40 y 70 %.

En el ltimo grfico fueron al 20, 50 y

80%.

Dar un ejemplo del clculo de cada variable.

.123472356(0.0234+0.7917)= 0.91676217

8. Trazar una grfica de Volumen Molar Promedio, Vm, contra fraccin mol del soluto, x2, para cada solucin. Conclusiones con respecto a las caractersticas que representa esta mezcla.

10 0.0468 0.75 0.58984299 0.46998689

20 0.0936 0.6667 0.92463229 0.70299793

30 0.144 0.5833 1.12472356 0.81396244

40 0.1872 0.5 0.58984299 0.4053401

50 0.234 0.4157 0.92463229 0.6007336

60 0.2808 0.3333 1.12472356 0.69069274

70 0.3277 0.25 0.58984299 0.34075229

80 0.3745 0.1667 0.92463229 0.50041099

90 0.4213 0.0833 1.12472356 0.56753551

9. A partir de la grfica anterior, determinar el Volumen Molar Parcial de cada componente, para las concentraciones de 20, 40, 60 y 80 por ciento en mol de soluto.

Volmenes molares parciales de cada concentracin de metanol.

metanol Vol. Molar parcial

0 0

20 0.1245

40 0.4320

60 0.3807

80 0.6996

100 1

IX. Discusin

En esta prcticase determino el volumen molar parcial del metanol en mezclas a diferente concentracin en % w/w. El Volumen molar e una solucin depnede, adems de la temperatura y la presin, de la compsicin de la misma. Excepto en las soluciones ideales los volumenes no son aditivos y a la contribucin de un mol de cada componente es lo que llamaremos Volumen molar parcial. La mezcla que formamos estaba a temperatura y presin constante, teniendo n1 metanol y n2 de agua por separado cada uno tiene un volumen y al momento de mezclar ambos componentes cualquiera podra pensar que el Vtotales igual a la suma de los Volumenes iniciales, esto es completamente falso debido a dos razones, la primera es la diferencia entre las fuerzas de interaccin en la mezcla respeto de los componentes puros y en segunda, la diferencia en el empaquetamiento de las molculas en la mezcla respecto de los lquidos puros, causado por distintos tamaos y formas de las molculas que se mezclan. Los volmenes molares parciales de las sustancias puras coinciden con el valor de la propiedad molar. As, por ejemplo, el volumen molar parcial del agua pura (admitiendo que a temperatura ambiente y 1 atm de presin, =1g.cm-3 y M=18,015 g.mol-1) es 18,015 cm3mol-1, que es lo mismo que su volumen molar. 4-El volumen molar parcial del soluto est definido y no es nulo an en el caso del solvente puro, es decir cuando su concentracin es cero. As, el volumen molar parcial del etanol en el agua pura no es cero. El Volumen Molar parcial fue sacado como la pendiente por la fraccin molar correspondiente, se usaron 3 picnmetros diferentes es por eso que los datos se agruparon en tres grficas diferentes.

X. Conclusin

Se detemin el Volumen molar promedio de la mezcla y el Volumen molar parcial de las soluciones preparadas a diferentes concentraciones en % w/w, se obtuvieron resultados que parecen acertados a excepcin del valor a 60 % que es ms pequeo que los valores anteriores pero es porque el picnmetro que se utiliz era ms pequeo.

XI. Bibliografa Atkins, P.W., Qumica Fsica. 8 ed. Editorial medica panamericana. Espaa; 2008

Encarnacin, N., Volumen de mezclado y volumen molar parcial. 2013.

Universidad Autnoma de Quertaro

Facultad de Qumica



Equilibrio lquido vapor Prctica

6



26/03/2015

Fecha de entrega :

16/04/2015

I. RESUMEN

Se realizaron mezclas de cloroformo y acetona a diversas

concentraciones, las cuales fueron destiladas; se registraron las

temperaturas de ebullicin y cada de cada dilucin , posteriormente se

realizaron las mediciones del ndice de refraccin de cada sustancia

destilada y condensada. Con los resultados obtenidos se trat de obtener

un diagrama que mostrar el punto eutctico de una mezcla acetona-

cloroformo que es muestra de que la mezcla ha llegado a un equilibrio

lquido-vapor.

II. INTRODUCCIN

Al hacer un diagrama de equilibrio lquido vapor para un sistema binario la reaccin por debajo de la superficie interior corresponde al vapor sobrecalentado, pero conforme se aumenta la presin se presenta el vapor saturado, y en ese punto se inicia la condensacin presentndose la primera gota de lquido lo que se conoce como punto de roco. Conforme se sigue aumentando la presin coexistirn las dos fases lquido-vapor en diferentes proporciones hasta llegar a la superficie de punto de burbuja, pues suponemos que en ese punto se desprenden las primeras burbujas de vapor al reducir la presin. Arriba de esa superficie se presentan nicamente la fase lquida, y ser de lquido sobre enfriado.

Figura 1.

Diagrama de

equilibrio

lquido-vapor.

La Ley de Raoult aplicable a los componentes que forman una solucin ideal. Indica que la presin de vapor (o la presin parcial en el vapor) de un componente en una mezcla a una materia determinada temperatura T es proporcional a su fraccin molar en el lquido.

Ley de Raoult

En la mayora de los sistemas lquido-vapor, La Ley de Raoult es una buena aproximacin para un componente, slo cuando su fraccin molar se acerca a la unidad. Es comn que se observen grandes desviaciones de sta ley para el componente diluido o para ambos componentes, cuando la fraccin molar se aleja de la unidad. Si a la temperatura determinada la presin de vapor de una solucin es ms alta que la prevista por la ley de Raoult, se dice que el sistema presenta una desviacin positiva a esta ley. Para tal sistema, la curva del punto de ebullicin a presin constante es usualmente convexa hacia debajo de la de la temperatura. Si a una temperatura dada la presin de vapor de la solucin es ms baja que la prevista por la Ley de Raoult, se dice que el sistema tiene una desviacin negativa, y en este caso la curva es ms convexa haca arriba. Estas desviaciones moleculares de los compuestos A y B que forman la mezcla siendo atracciones las que se presentan entre A y B, heterogneas (A-B) y las atracciones homogneas (A-A, B-B) (figura 1). As la existencia de una desviacin positiva implica que las atracciones homogneas son ms fuertes que las heterogneas, y una desviacin negativa indica lo contrario. Esta interpretacin est de acuerdo con el hecho de que las desviaciones positivas van generalmente asociadas con una entalpia de mezclado positiva y aumento de volumen en las mezclas, en tanto que las desviaciones negativas suelen ir asociadas con una entalpa de mezclado negativa y contracciones del volumen. En muchos casos son tan grandes las desviaciones que originan mximos o mnimos de puntos de ebullicin (a P = cte)

Figura 2. Tipos de diagramas de destilacin que corresponden a diversos diagramas de presin de vapor. Diagrama de mezcla azeotrpica.- Una mezcla de esta composicin y recibe el nombre de mezcla de ebullicin constante o azetropo y los componentes no podrn separarse por destilacin simple. Maron, 2004. Para trazar un diagrama de puntos de ebullicin calculados para el sistema mediante el uso de la ley de Raoult, suponiendo que presenta un comportamiento ideal de las dos curvas involucradas pueden calcularse como sigue: para una presin dada, se selecciona una temperatura T, entre los puntos de ebullicin de los dos lquidos puros, y se calculan las fracciones mol (XIL, XIV) a partir de las reacciones exactas que se establecen a continuacin:

Los trminos y representan las presiones de vapor calculadas para

lquidos puros a la temperatura T ( utilizada en la ecuacin de Arrhenius o alguna otra similar). Conociendo la presin total, que corresponde a la atmosfrica en el lugar, con la ecuacin anterior se determina la fraccin molar del componente 2 en la fase

lquida, a la presin P y a la temperatura T. Entonces la fraccin molar y2V para la fase vapor en equilibrio est dada por:

Se seguir suponiendo diferentes temperaturas entre los dos puntos de ebullicin. Para calcular las fracciones mol en el equilibrio, y as formar la curva

correspondiente. Se requerir por lo menos 8 puntos para cada fase. Para trazar un diagrama de puntos de ebullicin para el sistema real a partir del clculo de las constantes de Van Laar A1 y A2 consistentes con las temperaturas y composicin del Azetropo obtenidas experimentalmente para calcular los puntos del diagrama. En este clculo ser necesario aceptar que los coeficientes de actividad son funciones de la composicin; es decir A1 y A2 s

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