Determinación del Volumen Molar Parcial en un Sistema Binario: Una Experiencia Práctica, Guías, Proyectos, Investigaciones de Fisicoquímica

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Objetivo:

Observar la influencia de un soluto en el volumen de una disolución binaria y comprender el concepto de propiedad parcial molar.

Introducción:

Todo buen cantinero conoce que al mezclar 50 mL de agua con 50 mL de etanol no obtendrá una bebida alcohólica de 100 mL. Para comprender este acontecimiento, un día le preguntó a un estudiante de Ingeniería Química al respecto, quién recordando sus clases de Fisicoquímica, le respondió que este fenómeno físico está asociado a un concepto denominado volumen de mezcla, el cual puede expresarse en función de las fracciones molares del etanol y el agua. Indicando que los volúmenes molares no son una propiedad aditiva, y por ello es necesario calcular los volúmenes parciales molares.

Fundamento teórico:

El volumen de una disolución ideal es simplemente la suma de los volúmenes de los componentes. Sin embargo, esto no es aplicable a muchas disoluciones reales, para las cuales definimos el volumen molar parcial como: el cambio en el volumen de una disolución homogénea por mol de soluto añadido cuando se aumenta una cantidad infinitesimal de este componente a la solución a presión y temperatura constantes. Un método sencillo para determinar los volúmenes molares parciales consiste en construir una gráfica que represente el volumen de la disolución con respecto al número de mol del soluto y a partir de ésta determinar la pendiente de la curva a cualquier concentración. Las magnitudes de los volúmenes de mezclado nos proporcionan una

Volumen parcial molar

en un sistema binario

Procedimiento

Hoja de seguridad ácido oxálico

Resultados

Tabla 1. Resultados Nota: se consideró el PM del ácido oxálico como 90.0338 g/mol

mSOLUTO

[g]

VDISOLVENTE

[mL]

VEXCEDENTE

[mL]

VTOTAL

[mL]

Densidad

[g/mL]

nSOLUTO

[mol]

m [mol/kg] M [mol/L]

Cuestionario

1. Definir una propiedad parcial molar. 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. La propiedad molar parcial X i para el componente i se define como: La propiedad extensiva X de una mezcla de n componentes, viene dada por: Siendo Xi la propiedad molar parcial del componente i en dicha mezcla. El valor Xi variará con la concentración de i. En una mezcla ideal, Xi es igual a la propiedad X de la sustancia pura. Así, por ejemplo, el volumen molar parcial Vi , representa el aumento que experimenta el volumen del sistema (mezcla) debido a la adición, a presión y temperaturas constantes, de un mol del componente i a una cantidad tan grande de la mezcla que no produce un cambio apreciable en la concentración.
2. Graficar el VT de la disolución contra n (número de mol de soluto) Gráfica 1 Vtotal vs nsoluto

Gráfica 2. Vmolar vs Xsoluto Podemos observar cómo tenemos en la gráfica un comportamiento decreciente, el volumen molar parcial del ácido oxálico disminuye cuando la concentración de éste aumenta en la solución. Ello indica que las moléculas tienen a interactuar con las de agua de tal forma que al agregar cierta cantidad de ácido oxálico al agua éste no ocupará el volumen inicial agregado sino uno menor.

4. Para cada disolución: a) Determinar el volumen que ocupa 1 mol de cada componente Esto será mediante V=moles*volumen molar

b) Calcular el volumen molar parcial empleando el método de la pendiente. Para calcular la pendiente se utilizará el método de regresión lineal entre el volumen total y el mol del soluto, cabe recalcar que el volumen se pasó a L. mSOLUTO [g]

VDISOL

VENTE

[L]

VEXCEDENT

E [mL]

VTOTAL [L]

Densidad [g/mL] nSOLUTO [mol] nDISOLVENTE [mol] m [mol/kg] M [mol/L] Vmolar (L/mol) xsoluto Volumen

• 1 mol soluto Volumen * 1 mol disolvente 0 0.1 0 0.0001 0 0 0.0055556 0 0 0 0 0 0 2 0.1 0.00124 0.10124 19.755038 0.02221388 0.0055556 222.138797 0.219418 4.557510956 0.99997499 0.1012 0. 4 0.1 0.0028 0.1028 38.910506 0.044427759 0.0055556 444.

Entones

Así calculando para todos queda expresado en la siguiente tabla:

mSOLUTO

[g]

VDISOLVENTE

[L]

VEXCEDENTE

[mL]

VTOTAL

[L]

Vmolar

parcial

soluto

[L/mol]

Vmolar

parcial

disolvente

[L/mol]

Densidad

[g/mL]

nSOLUTO

[mol]

nDISOLVENTE

[mol]

m [mol/kg] M [mol/L]

5. Teniendo en cuenta las estructuras moleculares del soluto y disolvente justifica los resultados obtenidos en esta práctica y explica las interacciones intermoleculares que éstos presentan En particular para soluciones líquidas, si las moléculas de soluto ejercen grandes fuerzas intermoleculares entre sí, pero no atraen fuertemente a las moléculas de disolvente, las moléculas de soluto tenderán a agruparse. Esto forma una fase separada y deja el disolvente como una segunda fase. Por el contrario, si las moléculas de disolvente se atraen entre sí fuertemente, pero tienen poca afinidad por las moléculas de soluto, las moléculas de disolvente se segregarán y se formarán dos fases. Además, la solubilidad de cualquier compuesto se decide por la formación de un enlace de hidrógeno con las moléculas de agua (el enlace de hidrógeno es un enlace formado entre el átomo de hidrógeno y la mayoría de los átomos electronegativos). Para el caso del ácido oxálico, este contiene dos grupos hidroxilo y forman dos enlaces de hidrógeno intermoleculares entre las moléculas de agua, por eso son más solubles en agua. El volumen molar parcial representa la contribución real del componente al volumen total de la mezcla teniendo en cuenta las diferentes interacciones moleculares que determinan el empaquetamiento de varias moléculas de solvente en torno a las moléculas de soluto. La mezcla no es una mezcla ideal; debido a las fuerzas de atracción intermoleculares causadas por la naturaleza de ambas moléculas, el volumen real de esta mezcla a una composición dada, es menor al volumen que resulta de sumar los volúmenes usados para su preparación.
6. Explica porque en algunas disoluciones el volumen total incrementa ó disminuye en función de la identidad del soluto Desde el punto de vista energético, el proceso de disolución implica un cambio entálpico (positivo o negativo) ya que es necesario romper las uniones soluto-soluto y disolvente- disolvente para formar unas nuevas soluto-disolvente. En este proceso, el volumen resultante de la mezcla no es aditivo, pues debido al reajuste de espacios entre las distintas partículas del soluto y del disolvente, el volumen final es

3. Atkins, P. W., de Paula, J. (2011). Atkins' physical chemistry. Oxford, UK: Oxford University Press.
4. PREVIO N° 4 “VOLUMENES MOLARES PARCIALES”. (s. f.). Scribd. https://es.scribd.com/document/518852773/PREVIO-N- 4 - VOLUMENES- MOLARES-PARCIALES
5. Vitz, E., Moore, J. W., Prat-Resina, Wendorff, T., & Hahn. (2022). 10: Sólidos, Líquidos y Soluciones. LibreTexts Español. https://espanol.libretexts.org/Quimica/Qu%C3%ADmica_General/Libro%3A_Che mPrime_(Moore_et_al.)/10%3A_S%C3%B3lidos%2C_L%C3%ADquidos_y_Solu ciones
6. Martínez, J., & Iriondo, C. (2013). Disoluciones. https://ocw.ehu.eus/pluginfile.php/43171/mod_resource/content/1/TEMA_3_v5.pd f
7. González, R. (s. f.). Mezclas y disoluciones. https://ocw.ehu.eus/pluginfile.php/43171/mod_resource/content/1/TEMA_3_v5.pd f

Residuo(s) generado(s) y disposición:

Mezcla de reacción: Contenedor de residuos orgánicos

Anexos

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