Volumenes Parciales Borrador.docx

L-7 DETERMINACIÓN DE VOLÚMENES MOLARES PARCIALES OBJETIVO Calcular los volúmenes molares parciales, en función de la concentración, para los componentes de una solución binaria formada por un electrolito sencillo y agua.

FUNDAMENTO TEÓRICO La mayor parte de los fenómenos que poseen interés desde un punto de vista químico tienen lugar, normalmente, a una presión y temperatura determinadas. Por esta razón es indudable que el conjunto de variables independientes elegidas para especificar el estado de un sistema químico debe estar integrado por la temperatura, la presión y, si se trata de un sistema abierto, por las cantidades de los diversos constituyentes presentes en el mismo. El volumen es una propiedad extensiva cuya dependencia del número de moles se puede expresar como (consultar el apéndice para comprender la simbología). 𝑉 = 𝑉(𝑛1, 𝑛2, … , 𝑛𝑖 )

(1)

A Presión y Temperatura constantes (en base al teorema de Euler para funciones homogéneas) 𝜕𝑉

𝜕𝑉

𝜕𝑉

𝜕𝑉

𝑛1 𝜕𝑛 + 𝑛2 𝜕𝑛 + 𝑛3 𝜕𝑛 + ⋯ + 𝑛1 𝜕𝑛 1

2

1 =𝑉

3

(2)

A las cantidades 𝜕𝑉

(𝜕𝑛 ) 𝑇, 𝑃, 𝑛𝑗 ≠ 𝑖 = 𝑉𝐼

(3)

𝑖

Se les denominan volúmenes molares parciales. De esta manera el volumen total de una mezcla se puede calcular en términos de los volúmenes molares parciales de la siguiente forma: 𝑉 = 𝑛1 𝑉1 + 𝑛2 𝑉2 + 𝑛3 𝑉3 + ⋯ + 𝑛𝑖 𝑉𝑖

(4)

Obviamente, las propiedades molares parciales son funciones homogéneas de grado cero (magnitudes intensivas) y físicamente representan la variación que sufre la propiedad extensiva del sistema cuando, a temperatura y presión constantes, se adiciona una mol del componente i a una cantidad tal del sistema que esta adición no modifica prácticamente su composición. Para soluciones binarias la ecuación se reduce a: 𝑉 = 𝑛1 𝑉1 + 𝑛2 𝑉2

(5)

En el caso de soluciones cuyo soluto es un electrolito simple, se ha encontrado conveniente definir un nuevo término, que se denomina volumen molar aparente Ø. Es decir, considerando un sistema binario de composición definida por n1 y n2 y sea X la determinación de una propiedad extensiva cualquiera del mismo. Si X0 1 es el valor de la propiedad por mol del constituyente puro 1, entonces el valor molar aparente Ø de la propiedad dada para el componente 2 viene dado por: ∅=

𝑋 − 𝑛1 𝑋10 𝑛2

Este concepto queda definido por la expresión: 𝑉 = 𝑛1 𝑉10 + 𝑛2 ∅ (6)

Propiedad molar parcial Es la contribución de un mol de componente i a la propiedad total X de la mezcla cuando se lo agrega a presión y temperatura constante a una masa tan grande de sistema que su composición se mantiene virtualmente inalterada. Las propiedades molares parciales son intensivas y de gran utilidad en el estudio de soluciones. Dependen de la presión, la temperatura y la composición del sistema. Picnómetro

El picnómetro es un instrumento sencillo utilizado para determinar con precisión la densidad de líquidos. Su caracteriś tica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes liq ́ uidos en su interior. Esto nos sirve para comparar las densidades de dos liq ́ uidos pesando el picnómetro con cada liq ́ uido por separado y comparando sus masas. Es usual comparar la densidad de un liq ́ uido respecto a la densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que al dividir la masa de un liq ́ uido dentro del picnómetro respecto de la masa correspondiente de agua, obtendremos la densidad relativa del liq ́ uido respecto a la del agua a la temperatura de medición. El picnómetro es muy sensible a los cambios de concentración de sales en el agua, por lo que se usa para determinar la salinidad del agua, la densidad de liq ́ uidos biológicos en laboratorios de análisis clin ́ icos, entre otras aplicaciones. MATERIALES Y EQUIPO  Material 

1 vidrio de reloj



1 Matraz aforado de 200 ml



4 Matraz aforado de 100 ml



1 vidrio de reloj mediano



1 Pipeta volumétrica de 50 ml



1 Pipeta volumétrica de 25 ml



1 Pipeta volumétrica de 10 ml



1 Pipeta volumétrica de 5 ml



1 Pipeta volumétrica de 2 ml



5 Picnómetros de 20 ml



1 Termómetro con escala de -10 a 100 °C



1 Embudo tallo corto



2 Vaso de precipitados de 100 ml



1 Espátula mediana con mango de madera



1 perilla

 Reactivos 

35.1 g cloruro de sodio grado reactivo

 Herramienta 

En esta actividad no se utilizan herramientas.

 Equipo 

1 Balanza analítica



1 Baño de temperatura constante

 Servicios ● Electricidad  Material básico 

Piseta



Etiquetas



Papel absorbente



Agua destilada (1 litro)

PROCEDIMIENTO

Prepar una solución 3m de cloruro de sodio.

Se coloca el volumen correspondiente para preparar soluciones de concentración 1/2, 1/4,1/8, 1/16 M cada una en un matraz aforado de 100 ml.

CALIBRAR EL PICNÓMETRO Calcular volumen real del picnómetro

Determinar la densidad de las soluciones.

Se debe pesar el Picnómetro vacío y seco, y se debe obtener el peso del picnómetro lleno con agua destilada a 25 °C, repetir We y Wo como comprobación.

Determinar la densidad de las soluciones

Pesar en la balanza analítica (W), repetir 3 veces, llenando en cada ocasión el picnómetro.

Se saca el picnómetro del baño, secando bien su superficie externa con una toalla y papel filtro.

Llenar el picnómetro con el líquido.

Se coloca en el baño de temperatura constante a 25 °C con el cuerpo principal bajo la superficie de agua. Se deja en esa posición por lo menos quince minutos para alcanzar el equilibrio térmico. Ajustar volumen a la marca del menisco.

BIBLIOGRAFIA

1) Anthony F. Fucaloro. (7 de julio del 2002). Partial Molar Volumes from Refractive Índex Measurements. (vol. 79) Journal of Chemical Education. P.867

2) Shoemaker, C. Garland, J.Steinfeld, and J. Nibler, Experiments in PhysicalChemistry. new york: McGraw-Hill.

ANEXOS

Hoja de seguridad Cloruro de Sodio (Grado reactivo)