TRABAJO PRÁCTICO N 2: PROPIEDADES MOLARES PARCIALES

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1 UNIERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Facultad Reginal Rsari Cátedra: FISICOQUIMICA. TRABAJO PRÁCTICO N : PROPIEDADES MOLARES PARCIALES Elabrad pr: Ing. María Belén Alvarez, Ing. Judith Santa Cruz Crregid pr: Ing. Rxana Martinet, Ing. Analía Fruts.

2 Universidad Tecnlógica Nacinal - FRR 06 PROPIEDADES MOLARES PARCIALES. OBJETIO: Determinar el vlumen mlar parcial de slut y slvente de una slución binaria de electrlit en agua, a distintas cncentracines, a partir de medicines de la densidad a temperatura cnstante.. FUNDAMENTO: Tmand una prpiedad extensiva, cm el vlumen (), la entalpía (H), la energía libre (G), etc., se puede definir una prpiedad asciada a cada una de ellas que será independiente de la cantidad de materia del sistema y pr l tant será intensiva. Cuand el sistema es una mezcla, las prpiedades intensivas adquieren distints valres para cada cmpnente y al aprte de cada cmpnente a la prpiedad ttal se l denmina prpiedad mlar parcial. Entnces será, vlumen mlar parcial de un cmpnente determinad en una mezcla la cntribución que realiza un ml de dich cmpnente al vlumen ttal de la mezcla. El vlumen cupad pr un ciert númer de mléculas de una sustancia, depende de la identidad y/ naturaleza de las mléculas que la rdean y de las interaccines cn ellas, en cnsecuencia, ls vlúmenes de ls distints cmpnentes en una mezcla n sn aditivs aritméticamente. En este práctic se calcularán ls vlúmenes mlares parciales de un electrlit y del agua en slucines de cncentracines cncidas, aplicand el métd de la prpiedad mlar aparente. 3. CONCEPTOS TEORICOS: Prpiedad mlar parcial: es la cntribución de un ml de cmpnente i a la prpiedad ttal X de la mezcla cuand se l agrega a presión y temperatura cnstante a una masa tan grande de sistema que su cmpsición se mantiene virtualmente inalterada. Las prpiedades mlares parciales sn intensivas y de gran utilidad en el estudi de slucines. Dependen de la presión, la temperatura y la cmpsición del sistema. La prpiedad mlar parcial define cm: X i para el cmpnente i se X X i ni P, T, n ji () La prpiedad extensiva X de una mezcla de n cmpnentes, viene dada pr: X n X n X n X i n ()... i i,..., Siend X i la prpiedad mlar parcial del cmpnente i en dicha mezcla. El valr variará cn la cncentración de i. En una mezcla ideal, de la sustancia pura. X i X i es igual a la prpiedad X

3 Universidad Tecnlógica Nacinal - FRR 06 Así, pr ejempl, el vlumen mlar parcial i, representa el aument que experimenta el vlumen del sistema (mezcla) debid a la adición, a presión y temperatura cnstantes, de un ml del cmpnente i a una cantidad tan grande de la mezcla que n prduce un cambi apreciable en la cncentración. Métds de cálcul de las prpiedades mlares parciales. a) Métd direct. Haciend us de la definición de prpiedad mlar parcial: X i X ni P, T, n ji (3) Para un sistema multicmpnente, un métd evidente para su determinación cnsistirá en graficar el valr de la prpiedad, a presión y temperatura cnstantes, frente al númer de mles de un de ls cmpnentes, manteniend cnstante el númer de mles de ls trs cmpnentes. Trazand la recta tangente a la curva para una cmpsición particular y calculand su pendiente, se puede determinar el valr de X i para dicha cmpsición. Se deberá repetir el métd (n-) veces para encntrar el aprte de cada cmpnente a la prpiedad ttal. El últim valr se btiene pr diferencia de tds cn la prpiedad ttal. Cm la mlalidad de una dislución representa el númer de mles de slut asciads a una masa cnstante de dislvente, el diagrama de la prpiedad X en función de la mlalidad se pdrá utilizar para este métd. En el cas de slucines binarias, una vez que se ha determinad X i para el slut ( X ) para una cmpsición determinada, se pdrá deducir fácilmente el valr crrespndiente a la prpiedad mlar parcial para el dislvente ( X ) mediante la relación: X n X n X (4) b) Métd de las rdenadas al rigen de la tangente. Cn este métd, se btiene simultáneamente las prpiedades mlares parciales de ambs cnstituyentes de una mezcla binaria para cualquier cmpsición. Es un requisit fundamental para pder aplicar este métd que exista slubilidad cmpleta entre ambs cmpnentes de la mezcla en td el rang de cncentracines a la temperatura de trabaj; además sl se aplica a sistemas binaris. Se debe graficar el valr de la prpiedad X para el sistema binari en función del númer de mles de un de ls cmpnentes, lueg las prpiedades mlares parciales se btienen de la siguiente manera: 3

4 X E C A Universidad Tecnlógica Nacinal - FRR 06 Sea O el punt en el cual se quiere determinar la prpiedad mlar parcial; se traza en O la recta tangente CD y el segment hrizntal EF, paralel a la línea base AB. La pendiente de CD es dx dn, lueg CE es igual a n dx dn en O. Cm AE es el valr de X en dich punt, resulta evidente que la distancia AC representa la prpiedad mlar parcial del cmpnente X. De manera análga se puede demstrar que BD es igual a la prpiedad mlar parcial del cmpnente ( X ) para la mezcla cuya cmpsición viene representada pr el punt O. c) Métd de la prpiedad mlar aparente. Este métd es útil cuand la prpiedad que debe ser determinada n puede ser medida experimentalmente, cuand la mezcla binaria n es sluble en td el rang de cncentracines a la temperatura de trabaj. En este cas, se suele utilizar una prpiedad mlar aparente, la cual está asciada a la prpiedad que se quiere cncer, y usualmente se puede btener a partir de medicines. También está limitada a sistemas binaris. Prpiedad mlar aparente: es el aprte aparente del slut a la prpiedad ttal del sistema. Es una prpiedad de cnveniencia, ya que supne que las desviacines de la idealidad se deben únicamente al slut. Se define cm: Dónde: O N = prpiedad mlar aparente del cmpnente X = prpiedad del sistema. X = prpiedad pr ml del cmpnente pur. D F B X n X (5) n Operand en esta expresión y derivand cn respect al númer de mles del cmpnente, manteniend cnstantes la presión, la temperatura y el númer de mles del cmpnente, tenems: X n X n n P, T, n P, T, n (6) 4

5 Universidad Tecnlógica Nacinal - FRR 06 De manera tal que determinand la prpiedad mlar aparente en cndicines de presión, temperatura y númer de mles del cmpnente cnstantes, es psible calcular la prpiedad mlar parcial. La btención de ls vlúmenes mlares parciales para ls cmpnentes de mezclas binarias, a partir del vlumen mlar aparente se realiza de la siguiente manera. Siend el slvente y el slut, el vlumen mlar aparente del slut, se define cm:, n n 0 (7) Dnde es el vlumen ttal de la mezcla, n y n sn ls númers de mles de slvente y slut respectivamente y El vlumen mlar del slvente pur, 0 es el vlumen mlar del slvente pur. 0 se btiene a partir de: PM (8) 0 Siend PM el pes mlecular del slvente y la densidad del slvente pur a la temperatura de trabaj. El vlumen ttal de la mezcla, se btiene a partir de: n PM n PM (9) Siend PM el pes mlecular del slut y la densidad de la mezcla. Reemplazand en la ecuación (7),, n PM n PM PM n n (0) Según la definición de mlalidad y cnsiderand una masa de slvente cnstante e igual a 000 gr, se puede reemplazar n pr la mlalidad de la slución, m. Entnces: n PM 000gr (), 000 m PM 000 m () La mlalidad m de las slucines y el pes mlecular del slut PM cncids, la densidad del slvente pur se mide a la presión y temperatura de sn 5

6 Universidad Tecnlógica Nacinal - FRR 06 trabaj, y midiend la densidad de cada una de las mezclas para las diferentes mlalidades se puede calcular y graficar, en función de la mlalidad. Para btener el vlumen mlar parcial para el slut, a una cncentración d, determinada, se debe calcular el valr de a través de la pendiente de la recta dm tangente a la curva de, para la cncentración requerida e incrprarl en la siguiente expresión: d m dm,, (3) Para btener el vlumen mlar parcial para el slvente, cncentración se aplica la siguiente ecuación: a la misma n n n (4) n 4. TÉCNICA OPERATORIA Reactivs Clrur de ptasi Agua destilada Materiales Balanza analítica. Navecilla de pesada. Cuchara. Matraz afrad de 00 ml. Picnómetr. Prcedimient. Preparación de la muestra: Preparar slucines de KCl de distintas cncentracines:.5%; %; 3%; 4% y 6% pes en vlumen. Calibración de ls picnómetrs. Pesar el picnómetr vací. Llenar el picnómetr cn agua destilada y pesarl nuevamente. 6

7 Universidad Tecnlógica Nacinal - FRR 06 Pr diferencia de pesadas, btenems la masa de agua, al dividir este pes pr la densidad del agua a la temperatura de trabaj, btenems el vlumen del picnómetr. ( P P ) picn (5) agua Dónde: picn : lumen del picnómetr. P : Masa del picnómetr llen cn agua. P : Masa del picnómetr vací. agua : Densidad del agua a la temperatura de trabaj. Determinación de ls vlúmenes específics de las slucines. Pesar el picnómetr vací. Llenar el picnómetr cn la slución al.5% de KCl y pesar. El vlumen específic se btiene dividiend el vlumen del picnómetr pr la diferencia de pesadas entre el picnómetr llen cn la slución y su pes cuand se encuentra vací. esp picn ( P P) 3 (6) Dónde: esp : lumen específic de la slución. P 3 : Masa del picnómetr llen cn la slución. Realizar el mism prcedimient cn el rest de las slucines. Cálculs. Cncidas las cncentracines de las slucines y sus respectivas densidades, determinar las mlalidades de cada slución a partir de la siguiente ecuación: m 000 PM sl 00 % P / PM (7) dnde: PM: pes mlecular del electrlit. sl : densidad de la slución 7

8 Universidad Tecnlógica Nacinal - FRR 06 Calcular la prpiedad mlar aparente, de acuerd a la ecuación (). Graficar la prpiedad mlar aparente, en función de la mlalidad (m). Al mment de la realización del práctic, se le asignará a cada cmisión ds valres de cncentración para las cuales deberán determinar ls vlúmenes mlares parciales para el slut y el slvente. Determinar gráficamente la derivada de la prpiedad mlar aparente en función de la mlalidad y calcular el vlumen mlar parcial del slut ( ) cn la ecuación (3) para las cncentracines indicadas. Pr últim, calcular el vlumen mlar parcial del slvente ( ) cn la ecuación (4) para las mismas cncentracines indicadas. Resultads. Presentar un infrme cn ls dats reclectads en el labratri y ls resultads btenids utilizand el métd de la prpiedad mlar aparente. Detallar tds ls cálculs realizads. 8