volumen molar de exceso

FISICOQUÍMICA I
TRABAJO DE LABORATORIO Nº 3
TEMA: Disoluciones. Determinación de volúmenes molares parciales de
los componentes de una solución y de volumen molar de exceso por
medición de densidad.
OBJETIVO
Determinación de los volúmenes molares parciales de los componentes de una
solución formada por etanol y agua destilada por medición de densidad.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Toda propiedad extensiva de una solución será:
X = n1X1 + n2X2 + n3X3 + ...............niXi
donde Xi es la propiedad molar parcial del constituyente i.
Dicha propiedad representa la contribución por mol del componente i a la propiedad
total X del sistema y se define así:
,,
Así por ejemplo el volumen molar parcial Vi indica el aumento que experimenta el
volumen del sistema cuando se adiciona a P y T constantes un mol de "i" a una cantidad
tan grande de aquel que no se produce cambio apreciable en la concentración.
Vi varía con la concentración ya que es una propiedad intensiva. Si la disolución
formada fuera una disolución ideal, Vi sería igual al volumen de la sustancia pura ya
que no existe variación de volumen cuando se forma una disolución ideal.
Para determinar volúmenes molares parciales en soluciones binarias se puede utilizar
el método que a continuación describimos.
Consideremos una mezcla binaria formada por 1 mol de mezcla en la cuál las
fracciones molares de sus componentes son x1 y x2.
x1 + x2 = 1
dx1 + dx2 = 0
Pero como:
V = V1 x1 + V2 x2
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FISICOQUÍMICA I
dV = V1 dx1 + V2 dx2
dV = (V2 - V1) dx2
Si representamos los volúmenes de solución de distinta composición en función de
las fracciones molares y se traza la tangente a la curva para una fracción molar
particular (xi), las ordenadas en el origen de la recta tangente son iguales a los
volúmenes molares parciales para un sistema de composición xi.
1 La pendiente de la recta tangente es:
∆
∆
donde y son las fracciones molares de los dos componentes en la disolución, y
los volúmenes molares parciales de esos componentes.
Si el gráfico que se realiza es la inversa de las densidades frente a la fracción en
peso, las intersecciones sobre los ejes de ordenadas de las tangentes a la curva dan los
volumenes específicos parciales y multiplicados estos últimos por la masa molar se
obtienen los volúmenes molares parciales.
Las propiedades termodinámicas de las soluciones reales se expresan en términos de
funciones de exceso.
El volumen molar de exceso (VE) es la diferencia entre el cambio de volumen
observado en la mezcla (∆mV) y el cambio de volumen en la mezcla si se comportara
idealmente (∆mVideal). Considerando que ∆mVideal es cero, el VE es igual a ∆mV, como se
muestra en la ecuación que se indica a continuación.
∆ ∆ ∆ El cambio de volumen observado en la mezcla ∆ se puede calcular a partir de los
volúmenes molares parciales de cada componente de la solución como se muestra en la
siguiente ecuación:
∆ en la cuál y son los volúmenes molares de los componentes puros.
MATERIAL NECESARIO
Etanol, agua destilada, picnómetro (aprox. 10 mL), termostato, balanza analítica.
PROCEDIMIENTO
Preparar una serie de soluciones acuosas de etanol con: 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40,
30, 20, 10 y 0% en peso de etanol.
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Introducirlas en el termostato a 25 ºC durante 30 minutos. Pesar el picnómetro seco,
llenarlo con agua y sumergirlo en el baño durante media hora. Transcurrido ese tiempo
se vuelve a pesar luego de haberlo secado bien exteriormente.
Repetir esta operación con cada una de las disoluciones preparadas.
En el cálculo, la densidad de la disolución se debe corregir teniendo en cuenta el
empuje del aire de la siguiente manera:
!" ! !" . $ ⁄%
!" 1 $ ⁄% !
!'" !´ !" . $ ⁄%
!'" !´ $ .
) !´" %⁄!" ),
!
%1 $ ⁄% *!´ $ ! ⁄% 1 $ ⁄% +
%
! ⁄1 $ ⁄% !´1 $ ⁄% $ ⁄% - %
!
)
!´% $
$
!
) % !´⁄! $ !´ !⁄!
Wv = peso del agua en el vacío.
W'v = peso de la solución en el vacío.
W'= peso aparente de la solución.
W = peso aparente del agua.
d = densidad media del aire (0,001184 a 750 mmHg y 25°C; 0,001199 a 770 mmHg y
25°C).
D = densidad del agua: a 25°C (0,9971 g/ml) y a 30 ºC (0,9957 g/ml)
Repetir con todas las soluciones este método experimental.
RESULTADOS
Completar la tabla que se indica a continuación con los valores de la densidad de
cada una de las disoluciones preparadas.
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FISICOQUÍMICA I
% en peso, W2 Densidad (g/ml) % en peso, W2 Densidad (g/ml)
0
0,9971
60
10
70
20
80
30
90
40
100
50
En la tabla siguiente indicar los valores de 1⁄) y W2 que se utilizarán en la
representación de la curva.
W2
1⁄)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Representar gráficamente el volumen específico en función del porcentaje en peso.
Dibuje una curva que pase por los diferentes puntos y trazando la tangente a la curva
cuando la composición sistema corresponde a un 50% en peso de etanol obtenga de las
ordenadas el volumen específico parcial de cada uno de los componentes.
Calcule los volúmenes molares parciales de agua y etanol (Peso molecular de etanol:
46,048).
Calcule a partir de los volúmenes molares parciales de agua y etanol y de los
volúmenes molares de los componentes puros el volumen molar de exceso para la
solución que tiene un 50 % en peso de etanol.
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