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Benemérita universidadautónoma de pueblaFacultad de ciencias químicasLic. Químico farmacobiólogoLABORATORIO DE FISICOQUIMICA IPRACTICA 5“PROPIEDADES MOLARES PARCIALES”INTEGRANTES: HERNANDEZ SILVA JORDI STEVEN Muñiz enriques Edgar Pedral Hernández Karla Isabel PEREZ DOMINGUEZ JENY VANESSAPROFESOR...

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Benemérita universidad autónoma de puebla Facultad de ciencias químicas Lic. Químico farmacobiólogo LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I PRACTICA 5 “PROPIEDADES MOLARES PARCIALES” INTEGRANTES:  HERNANDEZ SILVA JORDI STEVEN  Muñiz enriques Edgar  Pedral Hernández Karla Isabel  PEREZ DOMINGUEZ JENY VANESSA PROFESOR: Dr. Fernando ramos Mendoza DIA Y HORA DE CLASE: MARTES DE 4:00 PM A 6:00 PM FECHA DE ENTREGA: MARTES 26 de noviembre DEL 2019 INTRODUCCIÓN

PROPIEDADES PARCIALES MOLARES Tomando una propiedad extensiva, como el volumen (V), la entalpía (H), la energía libre (G), etc., se puede definir una propiedad asociada a cada una de ellas que será independiente de la cantidad de materia del sistema y por lo tanto será intensiva. Cuando el sistema es una mezcla, las propiedades intensivas adquieren distintos valores para cada componente y al aporte de cada componente a la propiedad total se lo denomina propiedad molar parcial. Entonces será, “volumen molar parcial de un componente determinado en una mezcla la contribución que realiza un mol de dicho componente al volumen total de la mezcla”. El volumen ocupado por un cierto número de moléculas de una sustancia, depende de la identidad y/o naturaleza de las moléculas que la rodean y de las interacciones con ellas, en consecuencia, los volúmenes de los distintos componentes en una mezcla no son aditivos aritméticamente. En este práctico se calcularán los volúmenes molares parciales de un electrolito y del agua en soluciones de concentraciones conocidas, aplicando el método de la propiedad molar aparente.

 Propiedad molar parcial Es la contribución de un mol de componente i a la propiedad total X de la mezcla cuando se lo agrega a presión y temperatura constante a una masa tan grande de sistema que su composición se mantiene virtualmente inalterada. Las propiedades molares parciales son intensivas y de gran utilidad en el estudio de soluciones. Dependen de la presión, la temperatura y la composición del sistema. La propiedad molar parcial X i para el componente i se define como:

La propiedad extensiva X de una mezcla de n componentes, viene dada por:

Siendo X i la propiedad molar parcial del componente i en dicha mezcla. El valor X i variará con la concentración de i. En una mezcla ideal, X i es igual a la propiedad X de la sustancia pura. sí, por ejemplo, el volumen molar parcial Vi , representa el aumento que experimenta el volumen del sistema (mezcla) debido a la adición, a presión y temperatura constantes, de un mol del componente i a una cantidad tan grande de la mezcla que no produce un cambio apreciable en la concentración. 

Métodos de cálculo de las propiedades molares parciales. a) Método directo: Haciendo uso de la definición de propiedad molar parcial:

Para un sistema multicomponente, un método evidente para su determinación consistirá en graficar el valor de la propiedad, a presión y temperatura constantes, frente al número de moles de uno de los componentes, manteniendo constante el número de moles de los otros componentes. Trazando la recta tangente a la curva para una composición particular y calculando su pendiente, se puede determinar el valor de X i para dicha composición. Se deberá repetir el método (n-1) veces para encontrar el aporte de cada componente a la propiedad total. El último valor se obtiene por diferencia de todos con la propiedad total. Como la molalidad de una disolución representa el número de moles de soluto asociados a una masa constante de disolvente, el diagrama de la propiedad X en función de la molalidad se podrá utilizar para este método. En el caso de soluciones binarias, una vez que se ha determinado Xi para el soluto (X2) para una composición determinada, se podrá deducir fácilmente el valor correspondiente a

la propiedad molar parcial para el disolvente (X 1) mediante la relación:

b) Método de las ordenadas al origen de la tangente: Con este método, se obtiene simultáneamente las propiedades molares parciales de ambos constituyentes de una mezcla binaria para cualquier composición. Es un requisito fundamental para poder aplicar este método que exista solubilidad completa entre ambos componentes de la mezcla en todo el rango de concentraciones a la temperatura de trabajo; además solo se aplica a sistemas binarios. Se debe graficar el valor de la propiedad X para el sistema binario en función del número de moles de uno de los componentes.

c) Método

de la propiedad molar aparente: Este método es útil

cuando la propiedad que debe ser determinada no puede ser medida experimentalmente, cuando la mezcla binaria no es soluble en todo el rango de concentraciones a la temperatura de trabajo. En este caso, se suele utilizar una propiedad molar aparente, la cual está asociada a la propiedad que se quiere conocer, y usualmente se puede obtener a partir de mediciones. También está limitada a sistemas binarios. Propiedad molar aparente: es el aporte aparente del soluto a la propiedad total del sistema. Es una propiedad de conveniencia, ya que supone que las desviaciones de la idealidad se deben únicamente al soluto. Se define como:

HIPÓTESIS Al hacer los cálculos notaremos que el volumen molar parcial del agua será muy diferente al volumen molar parcial del etanol.

MATERIAL Y REACTIVOS



12 matraces aforados de 50 ml



12 picnómetros



Etanol



1 pipeta de 10 ml



Agua destilada

DESARROLLO 1. Pesar cada uno de los matraces aforados limpios y secos. 2. Preparar disoluciones de (2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 95) % en volumen de etanol en los matraces aforados. 3. Registrar el peso de los matraces con la disolución. 4. Medir la densidad de cada una de las disoluciones con un picnómetro, por triplicado. 5. Medir la densidad del agua y del etanol puros 6. Registrar la temperatura y la presión del laboratorio

CALCULOS Y RESULTADOS

1. Calcular la masa de etanol en cada disolución con ayuda de la densidad, y a partir de ella calcular la cantidad de etanol expresa en moles (netanol)

Ejemplo: Disolución al 40% y 50% en volumen de etanol 40% = 20 ml de etanol

m etanol=15.78 g

50% = 25 ml de etanol

m etanol=19.725 g

40%

netanol =

15.78 g =0.3425 mol 46.07 g/mol

50%

netanol =

19.725 g =0.4281mol 46.07 g/mol

2. Calcular la masa de agua en cada disolución por medio de la ecuación 1: m agua=m ( matraz lleno ) −m( matraz vacío ) −m(etanol) ( 1)

Disolución 40%

m agua=80.48 g−33.415 g−15.78 g=31.285 g

Disolución 50%

m agua=80.48 g−33.415 g−19.725 g=27.34 g

Con la masa de agua calcular la cantidad de agua expresada en moles, (nagua)

Disolución 40%

nagua =

31.285 g =1.7380 mol 18 g /mol

Disolución 50%

nagua =

27.34 g =1.5188 mol 18 g /mol

3. Con los valores de netanol y nagua calcular la fracción molar etanol xetanol y fracción molar de agua xagua, en cada disolución, mediante las ecuaciones 2 y 3 respectivamente.

x etanol=

netanol ( 2) netanol + nagua

x agua=

nagua (3) netanol + nagua

Disolución al 40% x etanol=

0.3425 mol =0.1646 0.3425 mol+ 1.7380 mol

x agua=

1.7380 mol =0.8353 0.3425 mol+ 1.7380 mol Disolución al 50%

x etanol= x agua=

0.4281mol =0.2198 0.4281 mol+ 1.5188 mol

1.5188 mol =0.7801 0.4281 mol+ 1.5188 mol

4. Calcular el volumen molar Vmolar de cada disolución mediante la ecuación 4. V molar de ladisolución =

x etanol M etanol + x agua M agua ( 4 ) δ disolución

Disolución al 40% V molar de ladisolución =

(0.1646)(15.78 g)+( 0.8353 )(31.285 g ) =28.3498 ml 1.0134 g /ml

Disolución al 50% V molar de la disolución =

(0.2198 )(19.725 g)+(0.7801 )(27.34 g) =25.8391 ml 0.9932 g /ml

5. Completar la tabla 1. %V

m etanol

m agua

0

0

5

1.9725 g

47.1652 g

netanol

0.0428 mol

nagua

2.62 mol

10

3.945 g

45.1927 g

0.0856 mol

2.5107 mol

20

7.89 g

40. 4532 g

0.1712 mol

2.2474 mol

30

11.835 g

35.9905 g

0.2568 mol

1.9994 mol

40

15.78 g

31.285 g

0.3425 mol

1.7380 mol

50

19.725 g

27.34 g

0.4281 mol

1.5188 mol

60

23.67 g

21.708 g

0.5137 mol

1.206 mol

70

27.615 g

16.579 g

0.5994 mol

0.921 mol

80

31.56 g

12.0355 g

0.6850 mol

0.6686 mol

95

37.083 g

4.555 g

0.8049 mol

0.2530 mol

δ disolución

V molar de la disolución

V´ etanol

V´ agua

x etanol

x agua

5

0.01607

0.098

1.04102 g/ml

4.4705 ml

-147.5641

-58.3101

10

0.0329

0.9670

1.0336 g/ml

42.4062 ml

-137.3372

128.7466

20

0.07078

0.9292

0.98928 g/ml

38.5609 ml

-115.5371

111.2072

30

0.1138

0.8861

0.98014 g/ml

33.9114 ml

-92.8244

92.2521

40

0.1646

0.8353

1.0134 g/ml

28.3498 ml

-68.8054

71.3381

50

0.2198

0.7801

0.9932 g/ml

25.8391 ml

-46.1449

50.3638

60

0.2987

0.7012

0.9349 g/ml

23.8441 ml

-19.9736

23.5504

70

0.3942

0.6057

0.9124 g/ml

22.9370 ml

1.9151

-3.9198

80

0.5060

0.4921

0.9349 g/ml

23.4164 ml

13.9186

-29.4879

95

0.5226

0.5083

0.8942 g/ml

24.2617 ml

14.4481

-26.3139

%V 0

6. Graficar Vmolar de la disolución vs xetanol y ajustar los datos a un polinomio de orden tres y calcular el coeficiente de correlación r2.

7. Derivar el polinomio respecto a xetanol, es decir:

(

V´ etanol =

)

∂ V molar de ladisolución ( 5 ) x etanol

Con la ecuación que se obtenga, calcular el volumen molar parcial de etanol para cada una de las fracciones molares de etanol. Con estos datos complete la última columna de la tabla. V molar de ladisolución =−195.91 x 3 +318.22 x2−157.64 x+ 47.454 ∂v d 3 2 V´ etanol = = (−195.91 x +318.22 x −157.64 x+ 47.454) ∂ x dx

−195.91 x 3 ¿ 47.454 ∂v d = ¿ ∂ x dx d ∂v d d d =−195.91 x 3 +318.22 x 2−157.64 x +47.454 dx ∂x dx dx dx

∂v =−195.91(3 x 2)+ 318.22(2 x )− 157.64 ∂x ∂v 2 V´ etanol = =−587.73 x + 636.44 x−157.64 ∂x Sustituyendo Xetanol en V´ etanol : 

Disolución al 40% 2 V´ etanol =−587.73( 0.1646 ) + 636.44 ( 0.1646)−157.64

V´ etanol =−68.8054 

Disolución al 50% 2 V´ etanol =−587.73( 0.2198 ) + 636.44 (0.2198 )−157.64

V´ etanol =−46.1449

8. Repita el procedimiento de los puntos 6 y 7 ahora para el agua. Graficar Vmolar de la disolución vs xagua y ajustar los datos a un polinomio de orden tres y calcular l coeficiente de correlación r2. Derivar el polinomio resultado respecto a xagua y con la ecuación que obtenga, calcular el volumen molar parcial de agua para cada una de las fracciones molares de agua. Con estos datos complete la última columna de la tabla.

3

2

V molar de ladisolución =99.755 x −51.731 x −51.045 x+ 50.075 ∂v d 3 2 V´ agua = = ( 99.755 x −51.731 x −51.045 x +50.075) ∂ x dx 99.755 x3 ¿ 50.075 ∂v d = ¿ ∂ x dx d d d 2 d 3 ∂v x+50.075 =99.755 x −51.731 x −51.045 dx dx dx dx ∂x ∂v =99.755 (3 x 2 )−51.731 (2 x )−51.045 ∂x ∂v V´ agua = =299.265 x2 −103.462 x−51.045 ∂x

Sustituyendo Xagua en V´ agua : 

Disolución al 40% 2 V´ agua =299.265( 0.8353 ) −103.462 (0.8353 )−51.045

V´ agua =71.3381 

Disolución al 50% 2 V´ agua =299.265( 0.7801 ) −103.462 (0.7801)−51.045

V´ etanol =50.3638

CUESTIONARIO 1. ¿Por qué varía el las

V´ etanol

disoluciones?

respecto a la composición de cada una de

Explique

en

término

de

interacciones

intermoleculares. Debido a que el etano tiene una interacción intermolecular de puentes de hidrogeno de la cual es responsable de su alto punto de ebullición, por lo tanto, a mayor concentración de etanol en la disolución es menor la presión de vapor que ayuda a que los enlaces no se rompan tan fácilmente.

2. Explique a que se debe el cambio en las densidades de cada una de las disoluciones.

El cambio de las densidades se debe a que los mililitros del etanol iban en aumento progresivamente por lo tanto la densidad nunca se mantenía constante y de igual manera sucedía con el agua.

3. ¿Cuáles son las posibles fuentes de error del procedimiento experimental? Los factores que podían afectar nuestro experimento son la presión y la temperatura ya que cambia los valores en los puntos de ebullición del agua y del etanol.

4. ¿Cómo se ve afectada la densidad y el volumen molar parcial del etanol sí las mediciones se hubiesen realizado a una temperatura más alta? Mientras la temperatura disminuye, la densidad comienza a aumentar, sin embargo, el punto máximo de densidad del agua la alcanza hasta los 3.94C para luego disminuir. Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier sustancia estable también aumenta y como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante).

CONCLUSIÓN

Al hacer todo el experimento, pudimos observar que nuestra hipótesis se hacía correcta, ya que los volúmenes si varían tanto en el agua como en el etanol debido a la concentración de que cada una de las disoluciones. También pudimos ver que la temperatura si afecta en estos casos, ya que al disminuir la temperatura, la densidad aumenta, por lo tanto nuestros cálculos cambiarían.

REFERENCIAS



https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica/3_anio/fisicoquimica /files/TP%20PROPIEDADES%20MOLARES%20PARCIALES.pdf



https://prezi.com/kovrylep5e6j/variacion-de-densidad-por-temperatura/...