Calcular a cada solución su volumen molar ideal (Videal) y su cambio de volumen.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL[pic 1][pic 2]

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Departamento de Ingeniería Química Industrial

Academia de Fisicoquímica

Laboratorio de Termodinámica del equilibrio de fases

Práctica 2

Propiedades molares parciales

Grupo: 2IM37        

González Alva Jeniffer Jocelyn

Profesor: Ing. Rodolfo De La Rosa Rivera

Equipo 1

1. OBJETIVOS GENERALES

• Preparar una serie de soluciones de metanol (1)-agua (2) de diferentes concentraciones y medir a cada una su volumen molar (V).
• Calcular a cada solución su volumen molar ideal (Videal) y su cambio de volumen.
• Ajustar los datos experimentales a una ecuación (expansión de redlich- kister).
• Determinar el volumen molar parcial (Vi ) del metanol y el agua en cada una de las soluciones.
• Presentar los resultados en forma tabular y gráfica.

1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA

PROPIEDADES PARCIALES MOLARES

El concepto de propiedad parcial molar nace como una forma práctica para estimar la propiedad total o absoluta de un sistema no ideal. Si se tiene por ejemplo, el caso de formulación de una solución al 50% en volumen para el sistema binario agua y metanol, la teoría nos dice que el volumen total de la solución resultante será la suma de los volúmenes de las sustancias puras (al mezclar medio litro de agua con medio litro de alcohol deberíamos de obtener 1 litro de solución al 50% en volumen de metanol). Lo anterior no es cierto para una solución no ideal (obtendremos menos de un litro de solución al 50% en volumen de la ilustración anterior). Esta variación se origina en el reacomodo espacial y eléctrico de las moléculas de cada especie presente. Para el caso del agua y el alcohol, la presencia de enlaces débiles tipo puente de hidrógeno del agua, favorecen la aproximación molecular inter-especies originando esa disminución en el volumen previsto.

Las propiedades parciales son útiles ya que nos permiten determinar el valor de una propiedad total a partir de la contribución de cada uno de los constituyentes. Cada propiedad parcial molar de un sistema puede considerarse como una parte a escala individual de la propiedad total de un sistema. Por lo tanto, todas las relaciones que se cumplan para el sistema en total se cumplirán para cada una de las propiedades parciales del sistema. La ecuación (1) define la propiedad molar parcial de la especie i en una solución, donde es viable establecer el símbolo genérico Mi para la energía interna molar parcial Ui, la entalpía molar parcial Hi, la entropía molar parcial Si, la energía de gibas molar parcial Gi, etc. Ésta es una función de respuesta, que representa el cambio de la propiedad total nM a causa de la adición a temperatura y presión constantes de una cantidad diferencial de la especie i a una cantidad finita de solución.

 M i = [ ∂ (nM) / ∂ni ] P,T,nj ec. (1)

 Las interacciones moleculares en disolución son diferentes a las interacciones que existen entre los componentes puros, lo mismo ocurre para todas aquellas propiedades extensivas, por ejemplo U,H, S,G, A, estas propiedades generalmente cambian cuando se mezclan los componentes, el volumen molar de sustancia pura no es igual al volumen que esa sustancia ocupa después de la mezcla V ≠ V1n1 +V2n2

 Determinación de propiedades molares parciales El método que se utilizara para determinar el volumen molar de una mezcla es el siguiente:

 Método de la pendiente. Para medir el volumen molar parcial del componente 2, se preparan disoluciones con el número constante de moles del disolvente 1, y variando el número de moles del componente 2, trabajando a presión y temperatura constantes. Se mide el volumen molar de las diferentes disoluciones. Graficando el volumen molar contra la fracción mol se obtiene una ecuación de tipo polinomial, la cual se deriva y se evalúa con un valor determinado, obteniendo así el volumen molar de cada uno de los componentes.

1. MATERIAL Y EQUIPO

• Balanza de precisión (B)
• Soporte de madera (S)
• Armadura de alambre(A)
• Cuerpo sumergible (Fl) (flotador o buzo)
• Probeta de 50 ml(P)
• 11 frascos de 100 ml con tapa(F)

• Sustancias:
• metanol (1)
• agua (2)

[pic 3]

1. DESARROLLO EXPERIMENTAL  

[pic 4]

1. CÁLCULOS

a) Preparación de soluciones

VT = 60 mL

Base de cálculo: 1 mol de sol’n

Metanol (1)  0.1 moles – Agua (2) 0.9 moles

P1 = 0.791 g/cm3     PM1 = 32.042 g/gmol

P2 = 0.998 g/cm3    PM2 = 18.015 g/gmol

Para Sol’n 0.1 de Metanol

Metanol   0.1 moles x 32.042 g/gmol x 1 cm3/0.791 g = 4.050 cm3 = 4.050 ml

Agua   0.9 moles x 18.015 g/gmol x 1cm3/0.998 g = 16.245 ml

Vide = (4.050 + 16.245) ml = 20.295 ml

Por regla de 3

(4.050 x 60) / 20.295 = 12 ml Metanol

Por regla de 3

(16.245 x 60) / 20.295 = 48 ml Agua

B) Peso del buzo

Wbaire = 9.64 g                                          PH2O 18°C  = 1.0013 g/cm3

WbH2O = 5.32 g                                      Vbuzo= [pic 5]

Empuje (E)= 4.32 g                                     Vbuzo=  = 4.3143 cm3[pic 6]

C) Determinar el empuje del flotador

E = 9.64 g – Wbagua                     P =  [pic 7]

Solución 0.1

WbH2O = 5.44 g          

E = 4.2 g                                          P =  = 0.9735 g / cm3[pic 8]

Registrar estos valores en la tabla de datos experimentales y llenarla con ayuda de las siguientes formulas:

Ve = 1 / P                                              Vide = X1a(V1) + X2a(V0)

PM = X1a(PM1) + X2a(PM2)                ΔV = V - Vide

V = Ve(PM)

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