Labo 4 Fisicoquimica II Qu435

7/23/2019 Labo 4 Fisicoquimica II Qu435

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VOLMENES MOLARES PARCIALES INFORME 3

LABORATORIO DE FISICOQUMICA II 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE FISICOQUMICA IIQU-435B

PROFESORES DE LABORATORIO: ING. KARIN PAUCAR CUBA ING. TEODARDO CARDENAS MENDOZA

SECCIN: B

GRUPO DE TRABAJO:

INTEGRANTES:

ARROYO GUEVARA RAISA 20101398D MUOZ RODRIGUEZ RICHARD 20090408I VARA SANCHEZ FATIMA 20101328F

FECHA DE ENTREGA: 23-10-12


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NDICE

OBJETIVOS. 3 FUNDAMENTO TERICO..3 PARTE EXPERIMENTAL 5

Materiales

Procedimiento Experimental

DATOS. 5Datos ExperimentalesDatos Bibliogrficos

TRATAMIENTOS DE DATOS.. 6

DISCUSIN DE RESULTADOS .. 12 CONCLUSIONES. 12 RECOMENDACIONES.. 14

APLICACIONES.. 14 BIBLIOGRAFA 15


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VOLUMENES PARCIALES MOLARES

I. OBJETIVOSDeterminar los volmenes molares de las mezclas de agua y etanol.

Hallar estos volmenes molares parciales del agua y etanol en funcin de la

concentracin.

Determinacin de magnitudes molares por el mtodo de la pendiente.

II. FUNDAMENTO TERICOSea una solucin constituida por molculas A y B y en la cual los tamaos

moleculares y las atracciones intermoleculares de los pares A-A, B-B y A-B son

iguales; en estas condiciones se puede esperar un comportamiento lo ms

simple posible de la solucin, esta se considerara una solucin ideal ya que existe

uniformidad total de fuerzas intermoleculares que son consecuencia de un tamaomolecular y una estructura molecular semejante. Analizando una propiedad de

la soluci n como vo lumen, para una solu cin ideal:

Vm = VA + VB

Vm: es el volumen de la mezcla

VA: es el volumen del componente A puro

VB: es el volumen del componente B puro

Al estudiar soluciones reales, se observa desviaciones del comportamiento ideal

debido a que se tiene componentes con tamaos moleculares diferentes entremolculas del sistema no son iguales. Por ejemplo, al mezclar 50 ml de agua con 50

ml de metanol, el volumen de la solucin es de 95ml.

Vm VA + VB

Al estudiar este tipo de casos, no hay manera de determinar que parte de la

concentracin se debe al agua y que parte se debe al alcohol, dificultades

semejantes se observan en otras propiedades termodinmicas. Para resolver este

problema y emplear un mtodo para manejar composiciones variables, Lewis

invent las cantidades molares parciales, aplicables a cualquier propiedadtermodinmica extensiva como entalpa, energa interna, energa de Gibbs o el

volumen.

DETERMINACIN DE MAGNITUDES MOLARES PARCIALESExisten dos mtodos para determinar por va experimental cualquiera de las

propiedades molares parciales:

i) Mtodo de la pendiente.

ii) Mtodo de la interseccin de las ordenadas en el origen.


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Consideramos una disolucin de dos componentes, disolvente (1) y soluto (2). El

volumen total de la disolucin ser: P,T Constante

Sistema Monofsico

Por lo tanto luego deducir la expresin de la relacin del volumen con los

volmenes molares parciales para el caso de dos componentes.

MEDICION DEL VOLUMEN MOLAR PARCIAL:MTODO DE LA PENDIENTE. Para medir el volumen molar parcial delcomponente 2, se preparan disoluciones con el mismo nmero de moles del

disolvente (1) ( cten1 ) pero variando el nmero de moles del componente (2),

trabajando a presin y temperatura constantes (esto es fcil, vale con hacerlo a

temperatura ambiente en el laboratorio). Se mide el volumen total de las

diferentes disoluciones y se hace la siguiente tabla de los resultados

experimentales.

Segn se deduce de la ecuacin [4], la pendiente de la recta tangente a la curva a

cualquier composicin ser el volumen molar parcial del componente 2, Y una

vez obtenido ser fcil conocer el volumen molar parcial del disolvente,

utilizando la ecuacin:

2211nVnVV

2V

2V

Figura 1: Una vezobtenidos losvolmenes totales serepresenta V de ladisolucin frente alnmero de moles delcomponente 2 de lasiguiente forma:


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III. PARTE EXPERIMENTALMateriales y reactivos:

Matraz ErlenmeyerTapn o corcho de jebe

Picnmetro de Weld de 25ml

Agua destilada

Etanol

Procedimiento Experimental:

Preparar mezclas de etanol y agua segn el cuadro

Registre la temperatura del agua destilada y etanol puro. Determine la densidad del etanol puro y de cada mezcla usando el

picnmetro de Weld.

IV. DATOS1. Datos Experimentales:

Temperaturaambiente

21.0 C

Presin ambiente 760 mmHgCondiciones de laboratorio

2. Datos Bibliogrficos:Compuesto Densidad (g/ml) Masa molar(g/mol)Agua (H2O) 0.9980 g/ml 18.015 g/molEtanol (C2H5OH) 0.7886 g/ml 46.069 g/mol

Tabla 4.1.2 Referencia: PERRY, John; Manual del Ingeniero Qumico; Pg. 250

MezclaComponente

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

H2O (ml) 45 45 30 25 30 25 18 15 6 3 2 0C2H5OH (ml) 1 2 2 3 5 10 10 15 20 25 30 30


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V. TRATAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOSHallamos las fracciones molares del agua (X1) y del etanol (X2) de cadamuestras:

Hacemos los clculos con las siguientes ecuaciones:

XH2O =

/

22 2

/ /

52 2 52 252 2

m Mn H OH O H O

n n m M m M H O C H OH H O C H OH H O C H OH

XH2O

. /

2 2 2

.

5 52 2 2 2

52 2

V MH O H O H O

VVH O H O C H OH C H OH

M MH O C H OH

()

XC2H5OH = 1 - XH2O ()

Remplazando

Para la muestra N 1:X1 =

= 0.9932

X2 = 1- 0.9932 = 0.0068

Para la muestra N 2 :X1 =

= 0.9865

X2 = 1 0.9865 = 0.0135


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*Hallamos las fracciones para todas las muestras:

N Fraccin molar delH2O

Fraccin molar delC2H5OH

1 0.9932 0.00682 0.9865 0.01353 0.9798 0.02024 0.9642 0.03585 0.9510 0.04906 0.8900 0.11007 0.8535 0.14658 0.7639 0.23619 0.4926 0.5074

10 0.2797 0.720311 0.1775 0.822512 0 1

Tabla 5.1.1 Fracciones molares del agua y el etanol

Calcular la densidad de cada mezcla por el mtodo del picnmetro :

Para la muestra N6:

Masa del picnmetro seco (g) = 19.17 g

Masa de picnmetro + agua (g) = 44.59 g

Masa del picnmetro + mezcla (g) = 43.61 gDensidad del H2O pura a 21 C = 0.9979 g/ml

44.59 g - 19.17 g = 25.42 g

Volumen picnmetro 6 =

= 25.4735 ml

Densidad Mezcla 6 =

= 0.9594g/ml


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*De manera similar se calcul para las otras mezclas y obtenemos el

siguiente cuadro:

N Densidad de lasmezclas (g/ml)

1 0.99412 0.99153 0.98794 0.98285 0.97946 0.95947 0.94948 0.92299 0.8582

10 0.824611 0.810212 0.7869

Tabla 5.1.2 Densidades de las mezclas.

Calculamos las masas molares promedios de cada mezcla:

M = M1X1 + M2X2

M1, M2 = masa molecular del agua y etanol respectivamente.X1, X2 = fraccin molar del agua y etanol respectivamente.

Calculamos la masa molar promedio de la mezcla N1 y N2:Mm1 = (0.9932x18.015)g/mol + (0.0068x46.069)g/mol = 18.206g/mol.

Mm2 = (0.9865x18.015)g/mol + (0.0135x46.069)g/mol = 18.394g/mol.


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*De igual manera hallamos las masas molares promedio para las dems mezclas y

obtenemos el siguiente cuadro:

N de mezcla Masa molar promedio de lamezcla (M) en g/mol

1 18.2062 18.3943 18.5824 19.0195 19.3896 21.1017 22.1258 24.6399 32.249

10 38.22211 41.08912 46.069

Tabla 5.1.3 Masas molares promedio

Calculamos el volumen molar de las mezclas (Vm) a partir del peso

molecular y la densidad de cada mezcla respectivamente.

Para calcular el volumen molar de cada mezcla utilizaremos la siguiente

relacin:

As para el caso de la mezcla uno tenemos:

Vm1=

= 18.314 ml/mol

Vm2=

= 18.552 ml/mol


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*Siguiendo este procedimiento encontramos los volmenes molares para cada una

de las mezclas:

N de mezcla Volumen molar Vm (ml/mol)1 18.3142 18.5523 18.8104 19.3525 19.7976 21.9947 23.3048 26.6979 37.577

10 46.35211 50.71512 58.545

Tabla 5.1.4 Volmenes molares.

Completando el cuadro completo:

N deMezcla

Fraccinmolar delagua (X1)

Fraccinmolar del

etanol (X2)

Masa molarpromedio

de la mezcla,

M (g/mol)

Volumenmolar de la

mezcla

(ml/mol)1 0.9932 0.0068 18.206 18.3142 0.9865 0.0135 18.394 18.5523 0.9798 0.0202 18.582 18.8104 0.9642 0.0358 19.019 19.3525 0.9510 0.0490 19.389 19.7976 0.8900 0.1100 21.101 21.9947 0.8535 0.1465 22.125 23.3048 0.7639 0.2361 24.639 26.6979 0.4926 0.5074 32.249 37.577

10 0.2797 0.7203 38.222 46.35211 0.1775 0.8225 41.089 50.71512 0 1 46.069 58.545

Tabla 5.1.5 Fracciones molares, masa molar promedio y volumen molar.


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Grafico del volumen molar de la mezcla (Vm) en funcin de lafraccin molar del etanol (X2)

N de Mezcla Volumen molar de

la mezcla (ml/mol)

Fraccin molar del

etanol (X2)1 18.314 0.00682 18.552 0.01353 18.810 0.02024 19.352 0.03585 19.797 0.04906 21.994 0.11007 23.304 0.14658 26.697 0.23619 37.577 0.5074

10 46.352 0.720311 50.715 0.822512 58.545 1

Grafico5.1.1 Volumen molar de la mezcla (ml/mol) Vs. Fraccin molar deetanol (X2)

y = 4.5269x2 + 36.02x + 18.03

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2


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Usando los puntos (0; 0.1; 0.2.0.9; 1) y la ecuacin del grafico1 para el clculode los volmenes parciales del agua y etanol a diferentes concentraciones.

Para ello hallaremos los valores de (a) que son el resultado de reemplazar los

puntos X2 en la ecuacin (1), luego hallaremos la derivada de (1) que es la

ecuacin (2), despus hallaremos los valores de (b) que son el resultado dereemplazar los puntos X2 en la ecuacin (2), luego con (a) y (b) encontramos

en termino independiente para finalmente obtener la curva tangente.

El intercepto de la tangente en el eje del volumen molar de la mezcla (Vm) en

X2 = 0 da el volumen molar parcial del agua () y en X2 = 1 da el volumen

molar parcial del etanol (), este es el mtodo de los interceptos para ladeterminacin de volmenes morales parciales.

Tabla 5.1.6 Ecuaciones tangentes de las curvas.

VI. DISCUSIN DE RESULTADOS El intercepto de la grfica en x2 = 0, viene a ser el volumen molar del agua

donde tericamente el agua tiene un volumen molar de: 18.015 mL/mol, y El

intercepto de la grfica en x2= 1, viene a ser el volumen molar del etanol donde

tericamente el etanol tiene un volumen molar de: 46,069 mL/mol

Pero experimentalmente se obtiene: 18.030 mL/mol y 58,577 mL/mol

volumen molar para el agua y el etanol respectivamente.

Hallando el error relativo porcentual para el agua:

| |

Ecuacin: .. (1)

Derivada de la ecuacin: .. (2)

X2X2 en

(1) (a)X2 en

(2) (b)

Interceptoal eje Y (c= a-bX2)

Ecuacion. Tangente ala curva

X2 = 0()

X2 = 1()

0.0 18.030 36.020 18.030 Y = 36.020X+18.030 18.030 54.0500.1 21.677 36.925 17.985 Y = 36.925X+17.985 17.985 54.9100.2 25.415 37.831 17.849 Y = 37.831X+17.849 17.849 55.6800.3 29.243 38.736 17.623 Y = 38.736X+17.623 17.623 56.3590.4 33.162 39.642 17.306 Y = 39.642X+17.306 17.306 56.9470.5 37.172 40.547 16.898 Y = 40.547X+16.898 16.898 57.4450.6 41.272 41.452 16.400 Y = 41.452X+16.400 16.400 57.853

0.7 45.462 42.358 15.812 Y = 42.358X+15.812 15.812 58.1690.8 49.743 43.263 15.133 Y = 43.263X+15.133 15.133 58.3960.9 54.115 44.168 14.363 Y = 44.168X+14.363 14.363 58.5321.0 58.577 45.074 13.503 Y = 45.074X+13.503 13.503 58.577


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Obtenemos un error de 0.083% para el agua y 27.15% para el etanol.Para calcular los % de error en las mezclas usaremos la fraccin

molar de etanol reemplazados en la ecuacin (1) y los valores de

x2=0 y x2=1 multiplicados por sus respectivos fraaciones molarespara agua y etanol.

1-x2(agua)

X2(etanol) x2 en (1)x2=0

(agua)x2=1

(etanol)V molar %error

0.9 0.1 21.677 18.03 54.05 21.632 0.21%

0.8 0.2 25.415 17.985 54.91 25.37 0.18%

0.7 0.3 29.243 17.849 55.68 29.1983 0.15%

0.6 0.4 33.162 17.623 56.359 33.1174 0.14%

0.5 0.5 37.172 17.306 56.947 37.1265 0.12%0.4 0.6 41.272 16.898 57.445 41.2262 0.11%

0.3 0.7 45.462 16.4 57.853 45.4171 0.10%

0.2 0.8 49.743 15.812 58.169 49.6976 0.09%

0.1 0.9 54.115 15.133 58.396 54.0697 0.08%Tabla 6.1.1 Porcentajes de error

VII. CONCLUSIONESDe los clculos que hemos hallado podemos observar que el volumen molar

de la mezcla va aumentando con el aumento de la fraccin molar del etanol.

La conclusin anterior es contraria cuando relacionamos la fraccin molar

del agua con el volumen molar de la mezcla ya que a medida que la fraccin

molar del agua disminuye el volumen molar de la mezcla aumenta.

Las distintas variaciones del volumen de una disolucin y el volumen

proveniente de la suma de los volmenes de las sustancias puras, se

explican por las diferencias de las fuerzas intermoleculares que se dan en la

disolucin y en la de los componentes puros.

El error en el volumen molar del etanol es grande debido a que este es muy

voltil y durante el experimento es probable que hubo prdida de etanol.

Los errores obtenidos en las mezclas son la comparacin de la fraccin

molar de etanol reemplazada en la ecuacin cuadrtica (terico) con la

multiplicacin de X2=1 y X2=0 con sus respectivos valores de fraccin

molar con lo cual notamos que el mtodode interceptos fue eficiente para

nuestro experimento.


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VIII. RECOMENDACIONESLavar con sumo cuidado el Erlenmeyer conjuntamente con el picnmetro.

Una vez lavado dejar secar completamente en la estufa, con el fin de que no

influya en el peso de los materiales al momento de pesarlo.

Al momento de preparar la mezcla tratar de ser lo ms exacto en las

medidas de los volmenes.

Para calcular el volumen exacto del volumen del picnmetro debemos de

enrasarlo perfectamente con el agua para recin llevarlo a pesar.

IX. APLICACIONES

Volumen molar de un gas en condiciones normalesEn ciertas ocasiones de presin y temperatura, es posible que la mayora de las

sustancias existan en alguno de los tres estados de la materia: solido, lquido y

gaseoso. Por ejemplo, el agua puede estar en estado slido como hielo, en

estado lquido como en agua o en estado gaseoso como vapor. Las propiedades

fsicas de una sustancia dependen a menudo de su estado.

Los gases son en diversos aspectos mucho ms sencillos que los lquidos y los

slidos. El movimiento molecular de los gases resulta totalmente aleatorio, y

las fuerzas de atraccin entre sus molculas son tan pequeas que una se

mueve en forma libre y fundamentalmente independiente de las otras. Sujetosa cambios de temperatura y presin, los gases se comportan en forma ms

previsible que los slidos y los lquidos. Las leyes que norman este

comportamiento han desempeado una importante funcin en el desarrollo de

la teora atmica de la materia y la teora cintica molecular de los gases.

De acuerdo con lo anterior se llega a volumen molar de un gas, que es el

volumen ocupado por un mol de cualquier gas en condiciones normales de

presin y temperatura.

Las condiciones de 0C (273.15 K) Y 1 atm (760 mm de Hg) se denominan

temperatura y presin estndar y, a menudo se abrevian TPE.

Es decir, un mol de cualquier gas, en condiciones normales, ocupa siempre el

mismo volumen; este volumen es el volumen molar y es 22,4 litros

Lo anterior se determin a travs de experimentos como el siguiente: Un gas,

como el Hidrgeno cuya densidad es de 0.09 gramos por litro y su masa

molecular es de 2.016 gramos, el cociente de 2.016 entre 0.09 gramos por litro

resulta 22.4 litros.


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Al igual que muchas otros acuerdos internacionales en la ciencia, la IUPAC (en

qumica) entre otras organizaciones recomendaron el uso de este par de

medidas como condicin estndar.

APLICACIONES

Las principales aplicaciones de volumen molar de un gas es que resulta muy

til para determinar la masa molar de un gas o de sustancias que se pueden

evaporar con cierta facilidad. Si conocemos el volumen y la masa de un gas en

condiciones normales, podemos conocer la masa molar de dicho gas. Adems,

la densidad de un gas la podemos conocer gracias a la divisin de la masa molar

de un gas por su volumen molar.

Un ejemplo son los globos meteorolgicos que son lanzados a diario desde las

estaciones meteorolgicas en todo el pas. Los globos empiezan a cierta

presin, temperatura y volumen, pero una vez que suben, esas tres variablesvan cambiando en relacin al entorno.

Al poner aire en una llanta, o en un baln, la presin se incrementa aadiendo

ms aire (molculas) por que el volumen se mantiene igual.

Clculo del volumen molar del gas (VM)

Vg = volumen de gas recogido (se mide en la experiencia)

m O2= masa de oxigeno liberado (se mide en la experiencia).

X. BIBLIOGRAFAwww.monografias.com/trabajos87/la-

estequiometria/laestequiometria.shtmlGilbert W. Castellan. Fisicoqumica. Editorial: Addison-WesleyIberoamericana, segunda edicin en espaol, Wilmington, 1987,

Paginas: 358 359 360.Ira N. Levine. Fisicoqumica. Editorial: Mc Graw Hill, quinta edicin,

Volumen 1, Madrid, 2004, Paginas: 457 458 459 465.Perry R., Biblioteca del Ingeniero Qumico, Atlacomulco, Mc Graw Hill,segunda edicin, volumen 1, 1986, paginas: seccin 3-98.
http://www.monografias.com/trabajos87/la-estequiometria/laestequiometria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos87/la-estequiometria/laestequiometria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos87/la-estequiometria/laestequiometria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos87/la-estequiometria/laestequiometria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos87/la-estequiometria/laestequiometria.shtml

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