Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Departamento de Ingeniería Química Industrial
Laboratorio de Termodinámica Química I
PRACTICA No. 2
PROPIEDADES MOLARES PARCIALES
“
García Jiménez Marco Antonio Moreno Landa Rogelio Ramírez Jurado Luz María Tovar Ríos José de Jesús
Grupo: 2IM47 Prof.: Ing. Eva López Mérida
”
OBJETIVOS:
Determinar el volumen real de mezclas de soluciones. Preparar soluciones de metanol-agua de diferentes concentraciones.. Aplicar el principio de Arquímedes para determinar la densidad de cada una de las soluciones. Determinar para cada solución el cambio de volumen mezclado. Ajustar los datos experimentales a la ecuación de Redlich-Kister Determinar los volúmenes molares parciales de agua y alcohol en las distintas soluciones binarias.
HIPOTESIS
Si tomamos una propiedad extensiva cualquiera, por ejemplo el volumen de una mezcla binaria, y suponemos que “al mezclar dos volúmenes cualquiera de dos sustancias puras diferentes, el volumen resultante no es la suma de los volúmenes iniciales, si no que puede representar diferentes significativas” CONSIDERACIONES TEORICAS
Definición
Una propiedad molar parcial que esté asociada a otra variable extensiva es la derivada parcial de dicha variable extensiva con respecto a la variación del numero de moles presentes (ni) de una de las sustancias del sistema siempre manteniendo la presión, temperatura y numero de moles de las sustancias restantes constantes. Matemáticamente esto se expresa: Mi= (ρ M / ρ ni) P, T, ni Por lo que para la termodinámica clásica, una sustancia se define por sus propiedades. A la temperatura T y la presión P constantes para una sustancia dada, sus propiedades: volumen, energía interna, entropía, energía de Helmholtz, entalpia,
energía de Gibbs, presión de vapor, etc. Adquiere valores fijos característicos. A la misma T y P para cualquier otra sustancia, el valor numérico de estas propiedades serán diferentes a los de la anterior, pudiera suceder que en alguna hubiera coincidencia, pero no puede ser posible que todas coincidan pues entonces se trataría de la misma sustancia.
PROPIEDADES MOLARES PARCIALES
El volumen de un líquido puro puede expresarse como: Dónde: o volumen
M V
n
cantidad de moles
molar del líquido puro
Para soluciones ideales o para líquidos completamente inmiscibles, el volumen total será: ……… (1) Para soluciones no ideales, el volumen no se ajusta a la expresión anterior, pero puede demostrarse que: Si se define volumen molar parcial del componente
i
Se obtiene una expresión de la misma forma que la expresión (1): Dónde: M Vi es el volumen molar parcial del componente
i
En particular para un sistema de dos componentes:
INTRODUCCION
Si tomamos una propiedad extensiva cualquiera, por ejemplo el volumen de una mezcla binaria y suponemos que “al mezclar dos volúmenes cualquiera de dos sustancias puras diferentes, el volumen resultante no es la sula de los volúmenes iniciales, sino que puede presentar d iferencias significativas”
Cualquier propiedad extensiva termodinamicaX de un sistema monofásico formado por un solo componente es una función de dos propiedades intensivas independientes y del tamaño del sistema, seleccionando la temperatura y la presión como propiedades independientes y el numero de moles como la medida del tamaño, tenemos X=X(T,p,n). Para un sistema multicomponenete con una única fase, la propiedad extensiva Xdebe ser una función de temperatura, la presión y el numero de moles de cada componente presente X=X(T,p,n1, n2……nn) La propiedad molar parcial X, es una propiedad de la mezcla y no solo una propiedad de un componente i, pues X, depende en general de la temperatura, la presión y la composición de la mezcla X(T,p,n 1,n2….nn). las propiedades molares parciales son propiedades intensivas de la mezcla
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES X1 X2 V1 V2 Wsol Ef (g/mL) Vesp PM S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
0 4.49 8.48 12.25 14.98 17.29 19.27 20.99 22.43 23.82 25
25 20.01 16.01 17.75 10.02 7.71 5.73 4.01 2.51 1.8 0
5.81 5.87 6.67 6.10 6.16 6.20 6.25 6.33 6.43 6.77 6.66
3.84 3.75 3.58 3.55 3.49 3.45 3.1 3.32 3.22 3.18 2.99
1 0.75 0.398 0.2897 0.732 0.199 0.1176 0.458 0.193 0.133 0.114
Calculo para obtener el Vreal y Videal
Vreal Videal V
3.45 3.4 3.32 3.22 3.08 2.99
Volumen del flotador
La densidad de la mezcla
0.8006 0.7772 El PM de la mezcla
] [ ][ ] [ ][ ] [ ][
] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ Volumen real para cada solución
=19.0343 =19.7468 =22.0357 =24.0676 =26.0282 =27.8955
=29.8927 =32.2392 =34.9171 =38.2573 =41.2146 Videal, Vreal vs X1 70 60 50 40 30 20 10 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4 Videal vs X1
0.5
0.6 Vreal vs X1
0.7
0.8
0.9
1
AV/(X1X2) vs (X1-X2) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2
0
14.32
47.0731 37.9409 58.4341
61.582
-0.4 -0.6 -0.8 -1 (X1-X2)
Volumen ideal en cada solución Viideal= X1V1real + X2V1real
Viideal= (0*0)+(1*25)=25 Viideal= (0.1*4.49)+(0.9*20.01)=18.458 Viideal= (0.2*8.48)+(0.8*16.01)=14.504 Viideal= (0.3*12.25)+(0.7*17.75)=16.1
66.8262 77.8247 102.6318 184.88
0
Viideal= (0.4*14.98)+(0.6*10.02)=12.004 Viideal= (0.5*17.29)+(0.5*7.71)=12.5 Viideal= (0.6*19.27)+(0.4*5.73)=13.854 Viideal= (0.7*20.99)+(0.3*4.01)=15.896 Viideal= (0.8*22.43)+(0.2*2.51)=18.446 Viideal= (0.9*23.82)+(0.1*1.18)=21.618 Viideal= (1*25)+(0*0)=25
Vi= Vreal - Videal Vi= 19.0343-25= -5.9657 Vi= 19.7468-18.458=1.2888 Vi= 22.0357-14.504=7.5317 Vi= 24.0676-16.1=7.9676 Vi=26.0282-12.004=14.0242 Vi=27.8955-12.5=15.3955 Vi=29.8927-13.854=16.0387 Vi=32.2392-15.896=16.3432 Vi=34.9171-18.446=16.4711 Vi=38.2573-21.618=16.6393 Vi=41.2146-25=16.2146
CONCLUCION Con base en el desarrollo de la práctica y con conocimientos previos acerca del tema de Propiedades molares Parciales. Sabemos que nn el volumen molar parcial quedan expresadas las diferentes interacciones moleculares que determinan el empaquetamiento de varias moléculas de solvente en torno a las moléculas de soluto. Este efecto es llamado solvatación. El efecto se explica a nivel molecular por las diferencias entre las fuerzas intermoleculares existentes en la disolución con respecto a las existentes en los componentes puros. También se explica por las diferencias entre el empaquetamiento de
las moléculas en la disolución y su empaquetamiento en los componentes puros, debido a las diferencias en tamaño y forma de las moléculas que se mezclan. Por lo tanto se puede decir que debido a las grandes interacciones entre las moléculas de agua con el etanol el volumen de la disolución disminuye y son las principales causantes de las desviaciones con respecto al comportamiento ideal de la solución. La disminución en la densidad de la solución se debe a un aumento en la cantidad del soluto, el cual se asocia directamente al cambio en el volumen molar parcial de este.
