Propiedades volumetricas de soluciones acuosas

Propiedades volumétricas de soluciones acuosas de etanol y [Emim]+ [CF SO ]− a partir de datos de índice

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de refracción

Volumetric Properties of Ethanol and [Emim]+[CF3SO3]− Aqueous Solutions

from Refraction Index Data

D. Madrid Úsuga ,

M. P. Urango Baqueroa A. Portacio Lamadridb

Recepción: 12- may -15 Aceptación: 24- jun -15

Resumen

Las densidades de las soluciones acuosas de etanol y de 1-Etil-3-Metilimidazolio Trifluorometanosulfonato [Emim]+[CF3SO3]− fueron estimadas a partir de datos de índice de refracción a diferentes temperaturas; los resultados obtenidos se encuentran dentro del intervalo de confianza establecido para las densidades reportadas en la literatura para estos sistemas y de las calculadas empleando la ecuación de Gladstone-Dale (GD). Las densidades estimadas en esta investigación se utilizaron para los cálculos de los volúmenes molares y volúmenes molares parciales a dilución infinita. Los datos de volumen molar parcial se correlacionaron con la concentración de soluto y la temperatura, para estudiar cualitativamente las interacciones presentes en las soluciones acuosas tratadas. Se encontró que el sistema [Emim]+[CF3SO3]−+ agua tiene un carácter disruptor sobre las moléculas de agua, mientras que en el sistema etanol + agua predomina el efecto hidrofílico sobre el hidrofóbico.

Palabras clave: etanol, índice de refracción, líquido iónico, soluciones acuosas.

Abstract

Densities of ethanol and 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate [Emim]+[CF3SO3]− aqueous solutions were estimated from refractive index data at different temperatures. The results are within the confidence interval established for densities reported in the literature for these systems and with calculated by using the Dale-Gladstone equation (GD). The estimated densities in this study were used to calculate the molar volumes and partial molar volumes at infinite dilution. The partial molar volume data correlated with the solute concentration and temperature to study qualitatively the interactions present in the treated aqueous solutions. The [Emim]+[CF3SO3]−+ water system has a disruptor character on water molecules, whereas in the ethanol + water system the hydrophilic effect predominates over the hydrophobic.

Key words: Aqueous solutions, Ethanol, Ionic liquid, Refractive index.

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1 Introducción

Los estudios sobre propiedades físicas de mezclas líquidas son de importancia para comprender la termodinámica de tales sistemas y para su uso en la industria de la ingeniería química. De hecho, la producción industrial requiere valores fiables de las propiedades físico-químicas de los compuestos puros y de sus mezclas. Este conocimiento es esencial para reducir los costos, especialmente en la producción de productos químicos y sustancias farmacéuticas. Además, el avance científico y el surgimiento de nuevas teorías para el estudio de propiedades termodinámicas y de transporte en soluciones sirven para entender y dilucidar aspectos básicos sobre las interacciones: soluto-soluto, soluto-solvente y solvente-solvente, presentes en las soluciones acuosas y no acuosas. Esto ha despertado gran interés en la comunidad científica, dado que en la literatura se encuentran diversas investigaciones sistemáticas sobre propiedades termofísicas en soluciones tales como: densidad, volumen molar, volumen molar parcial e índice de refracción, entre otras [1-4].

Por otra parte, diversas investigaciones reportan datos sobre índice de refracción, densidad y tensión superficial de las mezclas de disolventes mediante la predicción teórica o la medición de algunas de estas variables, proporcionando estimaciones confiables de propiedades de la mezcla. Entre las propiedades fisicoquímicas, el índice de refracción de mezclas de líquidos y polímeros ha recibido atención tanto por su significado como por la relativa simplicidad en la realización de las mediciones. En realidad, el índice de refracción ηD se correlaciona con la densidad, ρ, por varias expresiones teóricas y empíricas [5, 6]. Recientemente se reportan investigaciones sobre la variación del índice de refracción con la temperatura

dηD

y de la variación del índice de refracción con la concentración ddxη de diferentes materiales, para la estimación de la densidad de las mezclas [7-10].

dT D

En este artículo se presenta el estudio de soluciones acuosas altamente diluidas, que abarcan un importante campo dentro la fisicoquímica de soluciones, por ser modelos que permiten obtener información acerca de interacciones soluto-solvente y sobre los cambios inducidos por solutos sobre la estructura del agua [11], y se consideran sistemas de estudio las soluciones acuosas de etanol y las soluciones acuosas del líquido iónico 1-Etil-3-Metilimidazolio Trifluorometanosulfonato [Emim]+ [CF3SO3]− a varias temperaturas. El estudio de las soluciones acuosas de etanol son de gran importancia, ya que presentan un comportamiento complejo, especialmente, en la zona diluida, debido a la diferente naturaleza de las interacciones entre los grupos polares y apolares con el agua [12]; además, sus múltiples propiedades como modificador de la estructura de los macrogeles incrementa su capacidad de absorber agua conforme se incrementa el contenido de etanol, obteniéndose un gel heterogéneo [13]. Por otra parte, las soluciones acuosas de líquidos iónicos han sido objeto de estudio por diferentes grupos de investigación a nivel mundial, debido a que son los modelos adecuados para describir las propiedades termodinámicas de las soluciones electrolíticas; además, tienen gran aplicación en diversas ramas de la industria fisicoquímica, debido a que pueden actuar como catalizadores o disolventes, lo que hace que tengan gran interés como fluidos para aplicaciones de ingeniería, por lo que son llamados solventes de diseño, debido a que están formados por cationes y aniones que conducen al diseño de tareas específicas [14].

Se presentan datos experimentales de índice de refracción para los sistemas: i) etanol + agua y ii) [ Emim ] + [CF3SO3]−+ agua, los cuales se utilizan para estimar las densidades y propiedades volumétricas de los sistemas acuosos en estudio. Cabe anotar que los resultados de esta investigación

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