Densidades y volumenes especificos

DENSIDADES Y VOLÚMENES ESPECÍFICOS/MOLARES DE LÍQUIDOS

Nombre: Blas Rocamora Rivera

Grupo: C2

1. Introducción: objetivos y conceptos básicos

La densidad es la relación entre la masa de un material y su volumen. Densidad=masa/volumen

Y el volumen específico ( es precisamente la inversa de la densidad, es decir, el volumen por unidad de masa. Del mismo modo, el volumen molar es el volumen por número de moles.[pic 1]

Los objetivos de esta práctica son determinar la densidad de un líquido y estudiar el comportamiento termodinámico no ideal de mezclas de líquidos totalmente miscibles, es decir, de disoluciones. Para ello, se prepara una mezcla de agua (1) y etanol (2) de una composición determinada y se mide su volumen específico con el picnómetro previamente calibrado. Luego, a partir de un conjunto de datos de volumen específico y composición de la mezcla facilitados por el profesor, se obtiene el volumen específico parcial del etanol      ( 2 ) y del agua ( 1 ) a una composición determinada mediante el método de la tangente de forma manual y numérica. El volumen específico parcial de un componente indica cuanto volumen aporta cada componente a la disolución. [pic 2][pic 3]

En las disoluciones ideales (hay muy pocas), el volumen es una propiedad termodinámica aditiva, es decir, el volumen total de la mezcla es la suma de los volúmenes de cada componente por separado. Por tanto, el volumen específico parcial de un componente a cualquier composición y el volumen específico del componente puro por separado (coinciden. Entonces representando   de la mezcla frente a  (fracción en peso del etanol) se obtiene una línea recta. [pic 4][pic 5][pic 6]

Nuestra disolución de agua y etanol, como la mayoría de disoluciones, es real o no ideal, es decir, el volumen (y muchas otras propiedades termodinámicas) no es aditivo. Esto se debe a que hay una variación de entalpía asociada a la interacción entre los dos componentes. Frecuentemente, hay una contracción de volumen, es decir, la interacción es energéticamente favorable entre alcohol y agua (en nuestro caso). Entonces, el volumen específico parcial de un componente depende de la composición de la mezcla. Representando   de la mezcla frente a  y considerando que hay contracción de volumen, se obtiene una curva que queda por debajo de la línea recta de la disolución ideal.[pic 7][pic 8]

1. Calibrado del picnómetro

El picnómetro es un matraz cónico con boca y tapón esmerilado. El tapón tiene un capilar que sobresale con una marca bien visible. Calibrar el picnómetro consiste en determinar el volumen de líquido que puede albergar, es decir, el volumen que ocupa un líquido en el matraz hasta la marca del capilar. Esto lo llamaremos Vpic. Para ello, se determina la masa de un líquido patrón cuya densidad se conoce, como es el agua.

Primero, se pesa el picnómetro vacío (bien seco). A continuación, llenamos el picnómetro de agua y le ponemos el tapón. Lo ponemos en un baño termostático a 27°C (en nuestro caso) y con una jeringuilla añadimos o quitamos agua para enrasar el líquido. Cuando el enrase permanezca estable durante unos minutos, extraemos el picnómetro, secamos su exterior y lo pesamos. Por diferencia de masa entre el picnómetro lleno y vacío, obtenemos la masa del agua. El Vpic se calcula dividiendo la masa del agua entre su densidad.

ρagua = 1,0020 – 1,1075 × 10−4 · t – 3,3537 × 10-6 · t2

De esta ecuación, se obtiene que la densidad del agua a 27°C es 0,9966 g/cm3

Masa del picnómetro vacío= 15,6749 g

Masa del picnómetro lleno= 24,9954 g

Masa del agua= masa del picnómetro lleno - masa del picnómetro vacío=

=24,9954-15,6749 = 9,3205 g

[pic 9]

1. Formulación y preparación de una disolución agua(1) + etanol(2)

Se va a preparar una disolución con una =0,25 (fracción en peso del etanol) y, por tanto, =1-=1-0,25=0,75 (fracción en peso del agua). La mezcla será de 30 g. Se necesitan entonces 0,25x30=7,5 g de etanol puro y 30-7,5=22,5 g de agua. [pic 10][pic 11][pic 12]

Sin embargo, el etanol comercial del que se dispone no es puro, sino que tiene una riqueza del 96% v/v que equivale a un 94% en peso. Entonces, para añadir 7,5 g de etanol puro, se necesitan  = 7,98 g de etanol comercial. La cantidad de agua en el etanol comercial es 7,98-7,5=0,48 g. Por tanto, hay que añadir 22,5-0,48=22,02 g de agua destilada.[pic 13]

Para calcular los volúmenes necesarios de cada componente, se divide la masa entre su densidad. Tomaremos como densidad del agua 1 g/cm3 y la del etanol 0,8 g/cm3.

[pic 14]

Estos volúmenes se adicionarán desde una bureta. Para comprobar y determinar con precisión la composición de la mezcla se hacen una serie de pesadas durante la preparación de la disolución. Primero, se pesa el matraz aforado de 50 ml vacío, donde se va a preparar la disolución. Luego, se adicionan al matraz los 9,97 ml de etanol comercial desde una bureta y se vuelve a pesar. Finalmente, se añaden los 22,02 ml de agua desde la bureta y se vuelve a pesar. De este modo, se puede calcular la masa de la mezcla y la masa de cada componente por diferencia de pesada.

Masa matraz vacío= 43,0711 g

Masa con etanol comercial= 51,1385 g

Masa con etanol y agua= 73,1270 g

Masa de etanol puro= (Masa con etanol comercial - Masa matraz vacío)x0,94=

=(51,1385-43,0711)x0,94= 7,5834 g

Masa mezcla= Masa con etanol y agua - Masa matraz vacío=

=73,1270-43,0711= 30,0056g

       [pic 15]

Este es el valor real de .[pic 16]

1. Medida del volumen específico de esa disolución

Una vez que hemos preparado nuestra mezcla y hemos calibrado el picnómetro, ya estamos en disposición de determinar la densidad de nuestra disolución de =0,2523. Para ello, igual que hemos hecho con el agua, llenamos el picnómetro con nuestra mezcla, lo aclimatamos en el baño termostático, lo enrasamos, lo secamos y, por último, lo pesamos. Como ya conocemos la masa del picnómetro vacío y su volumen, calcular la densidad es inmediato.[pic 17]

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