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LABORATORIO DE PROPIEDADES TERMODINÁMICAS Y DE TRANSPORTE Volumen Molar Parcial de una Mezcla Binaria Jorge Alberto Cuellar Bolívar1(33,3%), Sergio Nicolás Rondón Romero2(33,3%), Diana Carolina Yasnó Hinojosa3(33,3%) Informe 6 -Grupo 6 - Subgrupo 1 Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Universidad Nacional de Colombia Presentado a: Oscar Yesid Suarez

Resumen Se determinó, por medio de picnometría, la densidad de una mezcla etanol-agua a diferentes composiciones y a tres diferentes temperaturas, con esto se calculó el volumen molar para cada caso, después, se calcularon los volúmenes parciales molares del agua y del etanol en la mezcla por el método de las ordenadas. Se encontró que la mezcla etanol-agua no sigue el comportamiento de una mezcla ideal; por otra parte, se observó que, a medida que aumenta la fracción molar de etanol, aumenta el volumen molar de la mezcla, también se encontró una relación directa entre la temperatura y el volumen molar y se corroboró que el volumen molar parcial de un componente en una mezcla depende, tanto de la temperatura, como de la composición de la mezcla. Palabras clave: Método de las ordenadas, método de la pendiente, picnometría, volúmenes molares parciales Abstract The density of an ethanol-water mixture was determined by means of pycnometry at different compositions and at three different temperatures, with this the molar volume was calculated for each case, then the molar partial volumes of water and ethanol in the sample were calculated by the ordinate method. It was found that the ethanolwater mixture does not follow the behavior of an ideal mixture; On the other hand, it was observed that, as the molar fraction of ethanol increases, the molar volume of the mixture increases, a direct relationship between temperature and molar

volume was also found and it was corroborated that the partial molar volume of a component in a mixture depends, both on the temperature, and on the composition of the mixture.

OBJETIVOS Objetivo general Determinar experimentalmente los volúmenes molares parciales de una mezcla etanol-agua a diferentes temperaturas. Objetivos específicos •

•

•

•

•

Determinar el volumen molar de la mezcla binaria a diferentes concentraciones y temperaturas. Determinar los volúmenes molares parciales del etanol y el agua diferentes por el método de las ordenadas. Establecer la influencia de la variación de la temperatura y la composición en el volumen molar de la mezcla binaria. Definir cómo influyen la temperatura y la composición en los volúmenes molares parciales para una mezcla etanol-agua. Comparar el comportamiento del volumen molar de la mezcla con el de una mezcla ideal.

MARCO TEÓRICO

1

[email protected], estudiante de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia. [email protected], estudiante de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia. 3 [email protected], estudiante de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia. 2

1

Propiedades extensivas Una propiedad extensiva es una propiedad de la materia que cambia a medida que que la cantidad de materia cambie. Como otras propiedades físicas, una propiedad extensiva puede ser observada y medida sin que exista un cambio químico ocurriendo (reacción); masa y volumen son ejemplos de propiedades extensivas, porque a medida que se agrega materia a un sistema, ambas masa y volumen cambian [1] Volumen molar parcial El volumen molar parcial 𝑉̅𝑖 de una sustancia en disolución indica la contribución por mol que una sustancia genera en todo el volumen total de una mezcla, a presión y temperatura constante, a una cantidad tan grande de disolución que no produce una variación apreciable en la concentración. El valor de 𝑉̅𝑖 tendrá que variar con la concentración de i. En una mezcla ideal, 𝑉̅𝑖 , puede ser considerado igual al volumen molar iV de la sustancia pura. Al momento de considerar disoluciones reales se aprecia desviaciones importantes del comportamiento ideal a causa de las fuerzas intermoleculares propias entre cada uno de los componentes puros, ya que estas pueden tener diferente intensidad a la del soluto- disolvente y, además, una diferencia en el empaquetamiento de las moléculas puras y en mezcla [2].

𝐕 = 𝒏𝟏 𝑽𝟏 + 𝒏𝟐 𝑽𝟐 𝛛𝐕

𝛛𝐕

𝟏

𝟐

𝑽 = 𝒏𝟏 (𝝏𝒏 )𝐓,𝐏,𝐧𝟐 + 𝒏𝟐 (𝝏𝒏 )𝐓,𝐏,𝐧𝟏 Ec.3 Para determinar el volumen parcial molar existen dos métodos: a. Método de la pendiente: Se preparan disoluciones con un mismo número de moles del disolvente, es decir, se mantiene constante, mientras se varía el número de moles del soluto, a presión y temperatura constantes. Después de esto se mide el volumen de todas las diferentes pruebas de disoluciones que se realizaron y se representa el volumen de la disolución frente al número de moles del soluto, como se muestra en la figura 1; a partir de la ecuación anterior, se entiende que la pendiente de la recta tangente a la curva que da al graficar el volumen total contra las moles del componente será igual al volumen molar parcial de ese soluto. Una vez obtenido uno de los volúmenes parciales molares se puede conocer el otro despejando la ecuación que relaciona el volumen total con los parciales.

El volumen molar parcial de una sustancia es función de la composición de cada uno de los elementos en la mezcla (n1, n2, … ni), la presión y la temperatura: ̅𝒊 = 𝑽 ̅ 𝒊 (𝐓, 𝐏, 𝐧𝟏, 𝐧𝟐, … ) Ec. 1 𝑽 Para una disolución formada por diferentes componentes, el volumen molar parcial de cada componente se expresa como: ̅ 𝒊 = ( 𝛛𝐕 )𝐓,𝐏,𝐧𝟏,𝐧𝟐 Ec.2 𝑽 𝝏𝒏 𝒊

Determinación del volumen parcial molar: Consideramos una disolución con dos componentes, es decir, un disolvente 1 y un soluto 2. Entonces, el volumen total de la disolución a presión y temperatura constantes resulta:

Figura 1. Diagrama V vs n del componente i.

b. Método de las ordenadas: En este método se prepara una serie disoluciones a fracciones molares variadas de disolvente 1 y soluto 2, y se representan los volúmenes molares que se miden en cada disolución, (V/n, siendo n=n1+n2) versus la fracción molar de uno de los componentes, como vendría siendo x2 en la figura.

2

Después de esto se traza la línea tangente a la curva de datos experimentales en el valor deseado de fracción molar x2, y la intersección que resulte de esa línea tangente con el eje de V/n a x2=0 arroja el volumen parcial molar del solvente 1 a esa composición, y la intersección del eje V/n a un valor de x2=1 arroja el volumen parcial del soluto 2 [3].

EQUIPOS Balanza

Picnómetro

Balanza

Figura 3. Montaje experimental determinación del volumen molar.

Figura 2. Diagrama V/n vs x de algún componente.

para

la

Baño termostático

Pantalla

MATERIALES Y REACTIVOS Materiales: • • • •

Selector de temperatura

6 picnómetros 2 buretas Vasos de precipitados Icopor

Reactivos: • •

Agua destilada Etanol

Resistencia

Recipiente interior

Figura 4. Partes de un baño termostático.

3

PROCEDIMIENTO Determinación de los volúmenes molares de las muestras

Calibración de los picnómetros

Ajustar la temperatura del baño termostático a 20°C

Secar muy bien los picnómetros

Llenar un picnómetro con una de las muestras

Numerar los picnómetros con su respectiva tapa

Anotar el número de picnómetro

Pesar cada picnómetro. Registrar el peso

Incrustar el picnómetro en icopor por la parte superior No

Llenar cada picnómetro con agua destilada

¿Hay burbujas en el interior?

Sí

Sí

Llenar nuevamente hasta que no haya burbujas

No Secar el picnómetro por fuera

Registrar la temperatura del agua

Pesar los picnómetros. Registrar el peso.

Determinar la masa del agua dentro de cada picnómetro

Leer la densidad del agua a la T registrada

Determinar el volumen de cada picnómetro

Repetir la calibración

Determinar el volumen medio de cada picnómetro

Diagrama 1. Calibración de los picnómetros.

¿La temperatura del baño termostático es 20°C?

Esperar a que la temperatura sea 20°C

Poner a flotar el icopor en el baño termostático sumergiendo el picnómetro durante 5 min

Sacar el picnómetro y secarlo por fuera

Pesar el picnómetro y registrar peso

Determinar la masa de muestra

Calcular la densidad de la muestra

Determinar el volumen molar de la muestra

Repetir para todas las muestras

Repetir para temperaturas de 35,5 y 50°C.

Diagrama 2. Determinación del volumen molar de las muestras.

4

DATOS EXPERIMENTALES Tabla 1. Calibración de los picnómetros.

Temperatura(°C) Picnómetro 1 2 3 4 5 6

Tabla 4. Datos experimentales a 50°C.

18,4 Masa Masa lleno(g) vacío(g) 8,480 13,664 15,030 20,595 12,025 17,131 11,208 16,275 9,657 14,766 10,691 15,994

Tabla 2. Datos experimentales a 20°C.

20

Temperatura (°C) Ensayo 1 Fracción molar etanol XB Picnómetro Masa lleno (g)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

5 3 1 5 3 1 3 6 1

Temperatura (°C)

50

Ensayo 1 Fracción molar Masa etanol XB Picnómetro lleno(g)

Ensayo 2

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

5 3 1 5 3 1 3 6 1

Picnómetro

14,514 16,741 13,152 14,115 16,393 12,850 16,210 14,916 12,593

6 4 2 6 4 2 4 2 5

Masa lleno(g) 15,636 15,882 20,043 15,310 15,522 19,727 15,380 19,557 13,760

Ensayo 2 Picnómetro

Masa lleno (g)

6 4 2 6 4 2 4 2 5

15,843 16,001 20,178 15,457 15,640 19,769 15,556 19,739 13,929

14,602 16,864 13,275 14,232 16,488 12,952 16,430 15,135 12,790

MUESTRA DE CÁLCULOS Calibración de los picnómetros En primer lugar se calcula la masa de agua(𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ) como: 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑚𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 − 𝑚𝑣𝑎𝑐í𝑜 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 13,664𝑔 − 8,480𝑔 = 5,184𝑔 El volumen del picnómetro (𝑉𝑝𝑖𝑐 ) será: 𝑉𝑝𝑖𝑐 =

Tabla 3. Datos experimentales a 35,5°C. 35,5

Temperatura (°C)

Ensayo 1

Fracción molar etanol XB

Picnómetro

0,1

5

0,2

Ensayo 2 Masa Picnómetro

Masa lleno (g)

14,568

6

15,612

3

16,807

4

15,943

0,3

1

13,220

2

20,111

0,4

5

14,193

6

15,383

0,5

3

16,457

4

15,573

0,6

1

12,919

2

19,764

0,7

3

16,331

4

15,479

0,8

6

15,112

2

19,704

0,9

1

12,760

5

13,892

lleno

(g)

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎

=

5,184𝑔 0,99861

3 𝑔 = 5,191𝑐𝑚

𝑐𝑚3

Cálculo de los volumenes de agua y etanol a usar para cada muestra El volumen a utilizar de etanol (𝑉𝐵 ) se calcula como: 𝑋𝐵 𝑀𝐵 𝑉𝐵 = ( ) 𝜌𝐵

𝑉𝑇 𝑀𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑀 𝑋𝐵 ( 𝜌 𝐵 ) + (1 − 𝑋𝐵 ) ( 𝜌 ) 𝐵 𝑎𝑔𝑢𝑎

donde 𝑋𝐵 es la fracción molar que se quiere obtener, 𝑉𝑇 es el volumen de muestra que se quiere preparar, 𝜌𝐵 es la densidad del etanol reportada por el fabricante, 𝑀𝐵 es el peso molecular del etanol y 𝑀𝑎𝑔𝑢𝑎 es el peso molecular del agua. 5

Por ejemplo para un volumen total de 12mL y una fracción molar de etanol del 0,1 , la ecuación queda 0,1 ∗ 46,07 𝑉𝐵 = (

0,8

𝑔

𝑔 𝑚𝑜𝑙)

𝑐𝑚3

Al calcular una función de la curva obtenida del volumen molar vs la fracción molar del etanol a 20°C, se obtiene la ecuación:

12𝑚𝐿

∗

𝑔 𝑔 46,07 18,01 𝑚𝑜𝑙) + (1 − 0,1) ( 𝑚𝑜𝑙) 0,1 ( 𝑔 𝑔 0,8

1

𝑐𝑚3

Determinación gráfica de los volumenes molares parciales de cada componente

𝑐𝑚3

𝑉𝐵 = 3,146𝑚𝐿

El volumen de agua (𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎 )se calcula como:

𝑦 = 0,9018𝑥 2 + 37,387𝑥 + 17,58 Donde su derivada es: 𝑑𝑦 = 2 ∗ 0,9018𝑥 + 37,387 𝑑𝑥 Al evaluarla en x=0,1 se obtiene la pendiente p de la recta tangente a la curva en este punto, donde para este ejemplo es de 37,567.

𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑉𝑇 − 𝑉𝐵 Entonces, 𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎 = 12𝑚𝐿 − 3,146𝑚𝐿 = 8,854𝑚𝐿

Al conocer 𝑥𝑖 y 𝑝𝑖 se calcula 𝑏𝑖 , como:

Determinación del volumen molar de la mezcla Primero, se determina la cantidad de agua contenida en el picnometro, así: 𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 𝑚𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 − 𝑚𝑣𝑎𝑐í𝑜 𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 14,602𝑔 − 9,657𝑔 = 4,945𝑔 Después, se calcula la densidad de la muestra como: 𝜌𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 4,945𝑔 = = 𝑉𝑝𝑖𝑐 5,116𝑐𝑚3

𝜌𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 0,966

𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑉 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟, =

0,1 ∗ 46,07

𝑔 𝑔 + (1 − 0,1) ∗ 18,01 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑔 0,966 3

𝑐𝑚

𝑉 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟, = 21,538 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑏𝑖 = 21,538

𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙

− 𝑝𝑖 𝑥𝑖

− 37,567 ∗ 0,1 = 15,967

𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙

𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙

Los volumenes molares parciales del agua (𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗) y del etanol (𝑉𝐵 ∗ ) serán: 𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ = 𝑏𝑖 = 15,967

𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙

𝑉𝐵 ∗ = (𝑝𝑖 + 𝑏𝑖 ) ∗ 𝑥𝑖 𝑉𝐵 ∗ = ( 37,567 + 15,967

𝑐𝑚3

𝑋𝐵 𝑀𝐵 + (1 − 𝑋𝐵 ) 𝑀𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝜌𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟, 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑖

𝑔

El volumen molar de la muestra se calcula como: 𝑉 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟,

𝑏𝑖 = 𝑉

= 5,353

𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙

) ∗ 0,1

𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙

RESULTADOS Y ANÁLISIS En primer lugar, se determinó el volumen de los picnómetros. La tabla 5 muestra el volumen real de cada uno de los picnómetros que se utilizó durante la práctica. Tabla 5. Volumen de los picnómetros. Temperatura(°C) Picnómetro

18,4 Volumen pic(cm3)

1 2 3 4 5 6

5,191 5,573 5,113 5,074 5,116 5,310

6

A continuación, se determinaron la densidad y el volumen molar de las diferentes muestras a las tres temperaturas de trabajo. Las tablas 6, 7 y 8 muestran los resultados obtenidos. Tabla 6. Densidad y volumen molar de las muestras a 20°C. Temperatura (°C) Fracción Densidad(g/cm3) molar etanol 0,1 0,968 0,2 0,945 0,3 0,924 0,4 0,896 0,5 0,873 0,6 0,856 0,7 0,859 0,8 0,841 0,9 0,833

20 Volumen molar (cm3) 21,498 24,985 28,610 32,632 36,694 40,712 43,822 48,111 51,961

Tabla 8. Densidad y volumen molar de las muestras a 50°C. Temperatura (°C) Fracción Densidad(g/cm3) molar etanol 0,1 0,940 0,2 0,922 0,3 0,900 0,4 0,871 0,5 0,852 0,6 0,842 0,7 0,820 0,8 0,804 0,9 0,797

50 Volumen molar (cm3) 22,138 25,627 29,371 33,580 37,595 41,369 45,897 50,322 54,274

Se construyeron gráficas de volumen molar en función de la fracción molar de etanol a las diferentes temperaturas (Gráficas 1, 2 y 3).

Volumen molar vs fracción molar etanol a 20°C

70 60

Volumen molar (cm3)

Se puede observar que es fundamental calibrar los picnómetros, en lugar de trabajar con el volumen reportado por el fabricante ya que el volumen real de estos difiere significativamente del volumen reportado (en este caso 5 mL). Por otra parte, se evidenció que es importante registrar cuál es el picnómetro que se utiliza para cada muestra, si se tomaran los datos del picnómetro equivocado, los cálculos realizados a partir de estos valores serían incorrectos, puesto que los pesos y volúmenes varían de un picnómetro a otro.

50 40 30 y = 0,9018x2 + 37,387x + 17,58

20 10 0

Tabla 7. Densidad y volumen molar de las muestras a 35,5°C. Temperatura (°C) Fracción Densidad(g/cm3) molar etanol 0,1 0,943 0,2 0,934 0,3 0,912 0,4 0,885 0,5 0,864 0,6 0,852 0,7 0,842 0,8 0,836 0,9 0,826

35,5 Volumen molar (cm3) 22,067 25,287 28,965 33,030 37,104 40,885 44,720 48,417 52,370

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Fracción molar etanol Gráfica 1. Volumen molar vs fracción molar del etanol a 20°C.

7

proporción, aumenta el número de interacciones etanol agua que producen la desviación de la idealidad.

Volumen molar vs fracción molar etanol a 35,5°C Volumen molar (cm3)

70

Se observa también que, a medida que aumenta la fracción molar de etanol, se incrementa el volumen molar de la mezcla, esto se debe a que la densidad de este es mucho menor a la del agua. Así, al aumentar la proporción de etanol en la mezcla, su densidad es cada vez menor y la mezcla ocupa un mayor espacio por mol.

60 50 40 30 20

y = 1,3056x2 + 37,022x + 18,058 R² = 0,9996

10 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Fracción molar etanol Gráfica 2. Volumen molar vs fracción molar del etanol a 35,5°C.

Volumen molar vs fracción molar etanol a 50°C Volumen molar (cm3)

70

Para las sustancias puras (XB=0 y XB=1) los volúmenes molares de ambas curvas, ideal y experimental deberían coincidir, sin embargo, se observa que esto sucede para el ensayo hecho a 50°C. Esto puede deberse a que los volúmenes molares del agua y del etanol, determinados experimentalmente, corresponden a una extrapolación hecha a partir de los datos tomados para las demás fracciones molares, por lo que estos valores no son muy exactos. Con el fin de analizar la influencia de la temperatura en el volumen molar de la mezcla etanol-agua, se trazaron las tres curvas sobre la misma gráfica (Gráfica 4).

60 50 40 30 y = 4,6555x2 + 35,923x + 18,361 R² = 0,9998

20 10 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Fracción molar etanol Gráfica 3. Volumen molar vs fracción molar del etanol a 50°C.

De estas gráficas se puede observar que el comportamiento de la mezcla etanol-agua no es el de una mezcla ideal. El volumen molar determinado experimentalmente es menor al volumen que se obtendría al sumar los volúmenes de etanol y agua utilizados para preparar cada una de las muestras, esto se debe a que, por el carácter polar de ambas moléculas (agua y etanol), se generan fuerzas intermoleculares atractivas fuertes que causan una disminución en el volumen de la mezcla; se observa que el comportamiento se desvía más de la idealidad cuando las fracciones molares de ambas sustancias son cercanas a 0,5, lo que confirma el hecho de que al estar en igual

65 60 55

Volumen molar (cm3)

0

Influencia de la temperatura en el volumen molar

50 45 40 35 20°C

30

35,5°C

25

50°C

20 15 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Fracción molar etanol Gráfica 4. Influencia de la temperatura en el volumen molar.

En la gráfica 4 se evidencia que, los volúmenes molares aumentan a medida que sube la 8

Para calcular los volúmenes molares parciales del etanol y del agua para cada composición a las diferentes temperaturas de trabajo se siguió el procedimiento descrito en la muestra de cálculos. Las gráficas 5, 6 y 7 muestran los resultados obtenidos.

Volumen molar parcial vs fraccion molar etanol a 35,5°C Volumen molar parcial (cm3)

temperatura, por ende, lo mismo ocurre con los volúmenes molares parciales de las sustancias presentes en la mezcla. Esto se debe a la expansión térmica producida por el aumento de temperatura que presentan los líquidos. Para conocer el cambio del volumen según el cambio de temperatura, es necesario conocer el coeficiente de expansión. De igual forma se puede apreciar también que esta expansión no es tan notable entre 20 y 35,5°C, mientras que entre 35,5 y 50°C ya se aprecia un cambio significativo de la expansión térmica obtenida para este último intervalo.

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

Etanol

0,6

0,8

1

Fracción molar etanol Etanol

0,8

1

Agua

Gráfica 6. Volúmenes molares parciales en función de la fracción molar de etanol a 35,5°C.

Agua

Gráfica 5. Volúmenes molares parciales en función de la fracción molar de etanol a 20°C.

Volumen molar parcial (cm3)

Volumen molar parcial (cm3)

0,4

0,6

Volumen molar parcial vs fraccion molar etanol a 50°C

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0,2

0,4

Fracción molar etanol

Volumenes molares parciales vs fraccion molar etanol a 20°C

0

0,2

50 40 30 20 10 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Fracción molar etanol Etanol

Agua

Gráfica 7. Volúmenes molares parciales en función de la fracción molar de etanol a 50°C.

El volumen molar es el volumen que ocupa una mol de la sustancia, por lo que se puede apreciar el porqué de la variación de este en los tres casos, considerando que si habláramos de una sustancia pura este volumen seria constante, ya que el volumen que ocuparía una mol siempre sería el mismo; como en este caso se está trabajando con una mezcla entonces ahora se está hablando de un 9

volumen diferente, en el que entra a jugar la composición de la mezcla, entonces, se puede observar que cuando la composición de etanol es cero, es decir sólo hay agua, tenemos un volumen molar específico y si agregamos ahora etanol, el volumen molar empieza a crecer hasta que alcanza su valor máximo cuando se llega a una composición de 1, es decir etanol puro, esto se debe a la contribución de cada uno de los componentes, porque el volumen que aporta cada uno por mol es diferente como ya se había dicho, y se puede apreciar que el volumen que aporta el etanol es mayor al de agua. Así, se puede notar que el volumen molar parcial de cada componente representa la contribución real de este al volumen total de la mezcla cuando ya se han considerado las interacciones intermoleculares entre los dos componentes. También se pudo evidenciar que el volumen parcial depende tanto de la temperatura como de la composición de la mezcla binaria. Posibles causas de error •

•

Debido a que los picnómetros se humedecían por fuera, fue necesario cambiar varias veces los rótulos, por lo que hubo una variación de peso que no se tuvo en cuenta en el momento de calcular la masa de muestra contenida en el picnómetro. Al realizar el calentamiento en el baño termostático se puede asegurar que al picnómetro estar sumergido en agua la temperatura de este sea uniforme en todas su área superficial y así mismo en su contenido, resultando en una técnica bastante eficaz para calentar al baño maría; el error que se puede encontrar en este procedimiento se encuentra en el tiempo de estadía del picnómetro en el baño, siendo este el único factor que podría afectar realmente el calentamiento para que no resultara en la temperatura deseada o uniforme en todo el volumen; en esta práctica se tuvo una limitación de tiempo por lo que el tiempo de estadía de cada prueba en el termostato fue de cinco minutos, en vez de diez minutos que era lo recomendado por la ingeniera a cargo.

•

A pesar de que se aplicó una corriente de aire al interior de los picnómetros con el fin de secarlos en su totalidad, esto no se logró completamente debido al tamaño y a la dificultad de retirar las gotas que seguían dentro. Estas gotas de agua aumentaban la composición real del agua de la muestra dentro del picnómetro, lo cual, a pesar de ser una pequeña cantidad, afectó los cálculos de los volúmenes molares parciales según la composición.

CONCLUSIONES •

•

•

•

El volumen molar parcial representa la contribución real del componente al volumen total de la mezcla teniendo en cuenta las diferentes interacciones moleculares que determinan el empaquetamiento de varias moléculas de solvente en torno a las moléculas de soluto. La mezcla etanol-agua no es una mezcla ideal; debido a las fuerzas de atracción intermoleculares causadas por la naturaleza de ambas moléculas, el volumen real de esta mezcla a una composición dada, es menor al volumen que resulta de sumar los volúmenes usados para su preparación. A medida que aumenta la temperatura de la mezcla etanol-agua, su volumen molar aumenta y su densidad disminuye, esto se debe a que, a mayor temperatura, las moléculas se encuentran más aisladas unas de otras, lo que produce una expansión de la mezcla. El volumen molar parcial, al igual que las demás propiedades molares parciales, depende de la temperatura y de la composición de la mezcla.

SUGERENCIAS •

Es fundamental determinar el volumen real de los picnómetros que se van a utilizar, ya que este difiere significativamente del valor reportado por el fabricante. Además, es de suma importancia identificar correctamente

10

los picnómetros, ya que la masa y el volumen cambian de un picnómetro a otro. Al trabajar con pesos tan bajos, es importante que los rótulos de los picnómetros no se cambien continuamente ya que afectan los pesos medidos. La práctica debería realizarse con un espacio amplio de tiempo con el fin de mitigar dos errores: el primero, el de alcanzar una temperatura uniforme en los picnómetros, y el segundo, el de secar los picnómetros no sólo con el uso de una manguera de aire, sino también con el uso de un algodón (en este caso se debe revisar que no queden residuos de hilos) o un desecador. Es de vital importancia no sólo tomar los datos a diferentes composiciones de mezcla sino también cuando los componentes están puros.

•

•

•

Préstamo por la práctica (5% del total de los costos de los equipos y materiales necesarios para la práctica): $87,365 ≈$87.400 Tabla 9. Inventario de costos. Necesidad Personal Reactivos Equipos y materiales Total

Precio $75.000 $550 $87.400 $162.950

BIBLIOGRAFÍA [1] Thoughtco. (2014). Definition of extensive property. Recuperado de https://www.thoughtco.com/definition-ofextensive-property-605115

COSTOS

[2] Universidad de Santiago de Compostela, Manual de laboratorio de química fisica III. prácticas de química fisica III.

El inventario referente a esta práctica es una aproximación al costo real calculado a partir de datos teóricos encontrados en diferentes bases de datos:

[3] P.Atkins and J. de Paula. (2006) Physical Chemistry, 8th Edition, Oxford U.P.

Personal Estudiantes: Salario de $1.000.000 por 160 horas de trabajo mensuales, cuatro horas de laboratorio serían: $25000. Tres estudiantes: $75.000 Reactivos Etanol: Litro: $1.847[10]. Al usar 100mL:$184≈ $200 Agua destilada: 4 Litros: $13.000[10]. Al usar 100mL:$325≈$350 Equipos y materiales • • • • •

6 picnómetros de 5mL: $128.000 1 vasos de precipitados de 250 mL: $5.900 Balanza analítica: $388.000 Baño termostático: $1’063.000 2 Buretas 25mL: $162.400

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