TP 4: Determinación del Volumen Molar Parcial

Objetivo

Determinar los volúmenes molares parciales de los componentes y el volumen total de una mezcla de etanol y agua, a partir de medidas de densidad a temperatura constante.

Introducción

Propiedad Molar Parcial

Describe cómo cambia el valor de una propiedad F cuando, manteniendo constantes todas las demás propiedades, se modifica el número de moles de una especie en cuestión.

Volumen Molar

En una mezcla de composición general, expresa el aumento que experimenta el volumen del sistema cuando un mol de una sustancia se añade a una muestra indefinidamente grande de la solución, sin que haya un cambio apreciable. Algunas características son:

1. Dependen de la temperatura y la presión.
2. Dependen de la composición de la solución.
3. Los volúmenes molares parciales de sustancias puras coinciden con el valor de la propiedad molar.
4. El VMP del soluto está definido y no es nulo.

Métodos de Determinación

Método de la Pendiente

Para medir el VMP del componente 2, se preparan disoluciones con el mismo número de moles del disolvente 1, pero variando el número de moles del componente 2 (a temperatura y presión constantes). Se mide el volumen total de las diferentes disoluciones y se construye una tabla.

Método de las Ordenadas al Origen (OAO)

1. Se preparan disoluciones a diferentes fracciones molares X₁ y X₂.
2. Se representan los volúmenes molares frente a la fracción molar de uno de los componentes.
3. Se determina gráficamente la tangente sobre la curva en la composición deseada.
4. Las intersecciones de la tangente con los ejes verticales corresponden a los VMP V₁ y V₂.
5. Los valores V₁ y V₂ se sustituyen en la ecuación V = n₁V₁ + n₂V₂ para obtener el volumen de la mezcla.

Procedimiento Experimental

a) Determinación del Volumen del Picnómetro

1. Pesar el picnómetro vacío y seco.
2. Llenar el picnómetro con agua destilada, anotando la temperatura, y pesar nuevamente.
3. Calcular el volumen del picnómetro.

b) Determinación de la Densidad del Etanol

1. Llenar el picnómetro con etanol y pesar.
2. Calcular la densidad del etanol.

c) Preparación de las Mezclas Etanol-Agua

1. Calcular los volúmenes de etanol y agua necesarios para cada fracción molar, utilizando la Tabla 2 (valores de número de moles…).

d) Determinación de la Densidad de las Mezclas

1. Calentar el picnómetro con las distintas disoluciones y pesar en cada caso.
2. Calcular la densidad de cada disolución.

TP 3: Determinación de la Presión de Vapor y la Entalpía de Vaporización del Agua

Objetivo

Medir el volumen y la temperatura para determinar indirectamente la presión de vapor del agua y su entalpía de vaporización.

Consideraciones

• Columna de agua constante.
• Comportamiento ideal de los gases.
• Número de moles de aire constante.
• Variación de la entalpía con la temperatura despreciable (∆H constante en el intervalo de temperatura estudiado).

Métodos de Cálculo

Método 1: Ecuación Integrada Indefinida (Método de Regresión Lineal)

Se considera despreciable la variación de la entalpía con la temperatura y se obtiene la siguiente ecuación:

ln(P) = -(∆H/R)(1/T) + Cte

que es equivalente a la ecuación de la recta:

y = -bx + a

donde:

• y = ln(P)
• -b = -(∆H/R)
• x = 1/T

Se selecciona un rango de puntos alrededor de la temperatura en estudio para los cuales la gráfica de ln(P) en función de (1/T) sea lineal. Se aplica el método de regresión lineal y se determina el valor de ∆H empleando la ecuación. Se informa el parámetro de correlación lineal (R²).

Método 2: Ecuación Integrada Definida

Se utiliza cuando se tienen datos de presión y temperatura. La ecuación es la siguiente:

ln(P₂/P₁) = -(∆H/R)(1/T₂ – 1/T₁)