Propiedades parciales molares

Propiedades parciales molares de sustancias puras

1. TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE JOCOTITLÁN

INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO INTEGRAL II

PRÁCTICA 2:
PROPEDADES PARCIALES MOLARES

DOCENTE: IQ.. ANA JULIA HUICOCHEA SALINAS

PRESENTAN:
BALDERAS RODRÍGUEZ AZUCENA
GUTIÉRREZ LARA MARLENE KARINA
MENA VALDEZ CELIA
PEREZ RICARDO ALMA LAURA
TREJO GARDUÑO MARTHA ELENA

IQ: 701




OCTUBRE DE 2015

2. I.- OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO:
Hallar el volumen molar parcial de una solución metanol-agua destilada en función de sus
concentraciones, a presión y temperatura constante.
Determinar la magnitud molar de por el método de la pendiente.


II.- MARCO TEORICO:
Definiremos como propiedad molar parcial a la magnitud que describe cómo cambia el valor de la
propiedad cuando, manteniendo todas las otras constantes, modificamos el número de moles de la
especie en cuestión.
Cuando la temperatura y presión se mantienen fijas el volumen de la mezcla será una función de los
números de moles según la siguiente expresión.
V=nv= f(n1, n2)
Si el número de moles de cada componente en la mezcla se multiplica, manteniendo invariables sus
proporciones, el tamaño de la mezcla se multiplicara, pero el valor del volumen por mol de mezcla
(V) se mantendrá invariable, en otras palabras el valor de V es función lineal del número total de
moles.
Respecto de los volúmenes molares parciales, puede decirse que:
 Dependen de la temperatura y la presión.
 Dependen de la composición de la solución
 Los volúmenes molares parciales de las sustancias puras coinciden con el valor de la
propiedad molar.
La ecuación (a) define la propiedad molar parcial de la especie i en una solución, donde es viable
establecer el símbolo genérico Mi para la energía interna molar parcial Ui, la entalpia parcial molar
Hi, la entropía molar parcial Si, la energía de Gibbs parcial molar Gi, etc.
Esta es una función de respuesta, que representa el cambio de la propiedad total nM a causa de la
adición a temperatura y presión constantes de una cantidad diferencial de la especie i a una cantidad
finita de solución.
Mi = [∂ (nM) / ∂ni] P, T, nj (a)
Las interacciones moleculares en disolución son diferentes a las interacciones que existen entre los
componentes puros, lo mismo ocurre para todas aquellas propiedades extensivas, por ejemplo U, H,
S, G y A; estas propiedades generalmente cambian cuando se mezclan los componentes, el volumen
molar de sustancia pura, no es igual al volumen que esa sustancia ocupa después de la mezcla V ≠
V1 n1 + V2 n2

3. Método de la pendiente. Para medir el volumen molar parcial del componente 2, se preparan disoluciones
con el numero constante de moles del disolvente 1, y variando el número de moles del componente 2,
trabajando a presión y temperatura constantes. Se mide el volumen molar de las diferentes disoluciones.
Graficando el volumen molar contra la fracción mol se obtiene una ecuación de tipo polinomial, la cual se
deriva y se evalúa con un valor determinado, obteniendo así el volumen molar de cada uno de los
componentes.
En el método de la pendiente hay que considerar una disolución de dos componentes, disolvente (1) y soluto
(2). El volumen total de la disolución será a P y T constantes:
Para medir el volumen molar parcial del componente 2, se preparan disoluciones con el mismo número de
moles del disolvente (1) (n1 = constante) pero variando el número de moles del componente (2), a presión y
temperatura constantes. Se mide el volumen total de las diferentes disoluciones y se representa V de la
disolución frente al número de moles del componente 2, tal y como se indica en la Figura. La pendiente de la
recta tangente a la curva a cualquier composición será el volumen molar parcial del componente 2, V2. Y una
vez obtenido V2 será fácil conocer el volumen molar parcial del disolvente, utilizando la ecuación:

El significado de la pendiente de la tangente a una curva: si se representa la variable del numerador de una
derivada en el eje y, y la variable del denominador de la derivada en el eje x, siempre, la pendiente de la
tangente en un punto será la magnitud que defina esa derivada. Para este caso será:

¿Qué es una disolución?
Mezcla homogénea de dos o más sustancias. El soluto es el componente que se encuentra en
distinto estado físico que la disolución; y el disolvente es la sustancia que está en igual estado físico
que la disolución. Cuando hay una ruptura de enlaces hay una reacción química y un cambio
energético. El soluto puede ser un gas, un líquido o un sólido así como el disolvente. Las disoluciones
se caracterizan por tener una fase homogénea, es decir, tiene las mismas características en todos
sus puntos.
¿Qué es una disolución real?

4. Es aquella en la que las moléculas de las distintas especies son muy diferentes unas de otras, las
moléculas de uno de los componentes no pueden sustituir a las del otro y por lo tanto se produce
una variación de la estructura espacial de la disolución y de la energía de las interacciones
moleculares.
???????????? ≠??????1+??????2
Propiedades de una solución
Las propiedades de las soluciones se clasifican en dos grandes grupos:
1.- Propiedades constitutivas: son aquellas que dependen de la naturaleza de las partículas disueltas.
Ejemplo: viscosidad, densidad, conductividad eléctrica, etc.
2.- Propiedades coligativas o colectivas: son aquellas que dependen del número de partículas (moléculas,
átomos o iones) disueltas en una cantidad fija de solvente. Las cuales son:
 descenso en la presión de vapor del solvente
 aumento del punto de ebullición
 disminución del punto de congelación
 presión osmótica.
Son propiedades de las soluciones que solo dependen del número de partículas de soluto presente en la
solución y no de la naturaleza de estas partículas.
Las soluciones que obedecen la ley de Raoult se denominan soluciones ideales. Las soluciones se
aproximan al comportamiento ideal cuando la concentración de soluto es baja y cuando el soluto y el solvente
son semejantes tanto en tamaño molecular, como en el tipo de fuerzas de atracción intermolecular que hay
entre ellas.

Peso molecular del metanol: 32.04g/mol
Densidad del metanol: 0.7918g/cm
3

Peso molecular del agua: 18.01528g/mol
Densidad del agua: 1g/cm
3


En otras palabras, el volumen parcial molar es la velocidad de cambio del volumen al aumentar la
cantidad de sustancia, manteniendo contante la presión, la temperatura y las cantidades de los
demás componentes.

5. III.- APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS
 4 vasos de precipitado de 50 mL.
 3 tubos de ensaye d 20 mL.
 2 buretas de 25 mL.
 1 pipeta volumétrica de 1mL.
 1 varilla de vidrio.
 1 termómetro.
 Balanza analítica.
 Papel aluminio.
 Agua destilada.
 Metanol.
 Desecador
 Estufa de secado.

IV.- METODOLOGÍA
1. Se elaboran contenedores de aluminio de 3 cm de diámetro por 2 de profundidad, con tapa.
2. Se mantienen a peso constante las charolas con sus respectivas tapas, en una estufa de
secado durante 30 minutos aproximadamente a 60ºC, para eliminar toda humedad contenida
en el aluminio, posteriormente se mantienen en un desecador.
3. Se llena una bureta de 25 mL con agua destilada y la otra bureta de la misma capacidad con
metanol, se preparan las soluciones de la tabla 1. Dependiendo del volumen, utilice tubos de
ensaye o vasos de precipitado. Agitar con varilla de vidrio.
4. Al terminar de preparar las soluciones, tapar con papel aluminio para evitar que se evapore
el metanol.
5. Se pesa la charola con todo y tapa en la balanza analítica inmediatamente saliendo del
desecador para evitar que absorba humedad, se registra el peso, se le agrega 1 mL de la
solución del tubo 1, se tapa inmediatamente para evitar pérdidas a causa de la evaporación
del metanol y se registra el peso, y por diferencia de pesos obtenga la masa del mL de la
solución. Se registra la mas en la tabla 2
6. Repita el paso anterior por duplicado para cada una de las soluciones.
7. Vacíe el residuo en un recipiente adecuado, para su posterior desecho

6. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:















Tabla No. 1 CANTIDADES PARA PREPARAR LA MEZCLA METANOL - AGUA DESTILADA
Tubo No. mL metanol mL agua destilada
1 1 5
2 3 5
3 4 5
4 6 5
5 16 5
6 20 5
7 24 5






2. Montar el equipo con
las buretas
3. Llenar una
bureta de 25ml
de agua destilada
y otra con
metanol
4. Preparar las 7
soluciones que se
muestran en la tabla 1
6. Tapar las soluciones para
evitar la evaporación de
Metanol
5. Preparan en vasos de
precipitado y tubos de
ensaye
7. Pesar el
contenido de las
charolas.
8. Registrar el peso
de cada charola en la
tabla 2
9. Añadir 1 ml de cada
solución a las charolas
10. Registrar el peso de
las charolas en la tabla 2

13. Vaciar el residuo en un
recipiente adecuado, para su
posterior desecho
11. Realizar los cálculos para
obtener la diferencia de pesos
para cada una de las soluciones
1. Elaborar 14 charolas
de aluminio y secarlas
en la estufa y
desecador

7. RESULTADOS DE LA PRÁCTICA:
Tabla No. 2 TABLA DE REGISTRO DE PESOS RONDA 1
TUBO No. VOLUMEN DE
LA SOLUCION
mL v
A
PESO DE LA
CHAROLA g
B
PESO DE LA
CHAROLA CON
SOLUCION g
B-A
PESO DE LA
SOLUCION g
1 1 0.0675 1.0179 0.9504
2 1 0.0626 0.9924 0.9298
3 1 0.1135 1.1743 1.0608
4 1 0.1322 0.9904 0.8582
5 1 0.1282 0.9839 0.8557
6 1 0.1288 0.9735 0.8447
7 1 0.1292 0.9656 0.8364

Tabla No. 2 TABLA DE REGISTRO DE PESOS RONDA 2
TUBO No. VOLUMEN
DE LA
SOLUCION
mL v
A
PESO DE LA
CHAROLA g
B
PESO DE LA
CHAROLA CON
SOLUCION g
B-A
PESO DE LA
SOLUCION g
1 1 0.1595 1.1012 0.9417
2 1 0.1322 1.0813 0.9508
3 1 0.1310 1.0505 0.9191
4 1 01553 1.0100 0.8547
5 1 0.1367 0.9830 0.8463
6 1 0.1349 0.9726 0.8377
7 1 0.8423 0.9746 0.8423

Tabla No. 3 TABLA DE PROMEDIO DE RESULTADOS

TUBO No. VOLUMEN
DE LA
SOLUCION
mL v
A
PESO DE LA
CHAROLA g
B
PESO DE LA
CHAROLA CON
SOLUCION g
B-A
PESO DE LA
SOLUCION g
1 1 0.1135 1.0595 0.9460
2 1 0.0974 1.0118 0.9403
3 1 0.1222 1.1124 0.9899
4 1 0.1222 1.0002 0.8564
5 1 0.1324 1.9669 0.851
6 1 0.1318 0.9730 0.8412
7 1 0.1307 0.9701 0.8393

8. Tratamiento de datos:
1. Investigar el peso molecular y la densidad del metanol y el agua.
Peso molecular Densidad
Metanol 32.02 0.7918 Kg / m
3
Agua 18.01 1000 Kg / m
3

2. Calcular la masa en gramos para cada uno de lso componentes en su estado puro.
Masa = Densidad * Volumen
a) Metanol

1000 1
1 0.001
0.003 0.000003
0.004 0.000004
0.006 0.000006
0.016 0.000016
0.02 0.00002
0.024 0.000024


b) Agua
1000 1
5 0.005
5 0.005
5 0.005
5 0.005
5 0.005
5 0.005
5 0.005






1000 1
1 0.001
3 0.003
4 0.004
6 0.006
16 0.016
20 0.02
24 0.024
Densidad Volumen Masa
0.7918 0.001 0.0007918
0.7918 0.000003 2.3754E-06
0.7918 0.000004 3.1672E-06
0.7918 0.000006 4.7508E-06
0.7918 0.000016 1.2669E-05
0.7918 0.00002 1.5836E-05
0.7918 0.000024 1.9003E-05
1000 1
5 0.005
5 0.005
5 0.005
5 0.005
5 0.005
5 0.005
5 0.005
Densidad Volumen Masa
1000 0.005 5
1000 0.005 5
1000 0.005 5
1000 0.005 5
1000 0.005 5
1000 0.005 5
1000 0.005 5

9. 3. Calcular el número de moles, n1 y n2, tanto de agua como de metanol que hay en la solución
n = masa / peso molecular
a) Metanol. b) Agua
PM m n=m/PM
18.01 5 0.277623542
18.01 0.003959 0.000219822
18.01 0.003959 0.000219822
18.01 0.003959 0.000219822
18.01 0.003959 0.000219822
18.01 0.003959 0.000219822
18.01 0.003959 0.000219822


4. Calcular la fracción mol del metanol (x1) y del agua(x2)
SOLUCION METANOL AGUA
1 0.17 0.83
2 0.375 0.625
3 0.445 0.555
4 0.546 0.454
5 0.762 0.238
6 0.8 0.20
7 0.828 0.172

5. Calcular la densidad para cada una de las soluciones (ps). Esta se calcula a partir del ml de
solución que se pesa en la balanza analítica, en la tabla dos tenemos la masa del ml de cada
una de las soluciones.
ρ= masa/ volumen

(La masa es obtenida de la tabla 3, A-B)


6. Obtener el volumen específico para cada una de las soluciones
PM m n=m/PM
32.02 0.0007918 2.47283E-05
32.02 2.3754E-06 7.41849E-08
32.02 3.1672E-06 9.89132E-08
32.02 4.7508E-06 1.4837E-07
32.02 1.2669E-05 3.95653E-07
32.02 1.5836E-05 4.94566E-07
32.02 1.9003E-05 5.93479E-07
Masa Volumen Densidad
0.946 1 0.946
0.9403 1 0.9403
0.9899 1 0.9899
0.8564 1 0.8564
0.851 1 0.851
0.8412 1 0.8412
0.8393 1 0.8393

10. v = 1 / ρ sustancia

Densidad (p) Ʋ= 1/p
0.946 1 1.05708245
0.9403 1 1.06349038
0.9899 1 1.01020305
0.8564 1 1.16767865
0.851 1 1.17508813
0.8412 1 1.18877794
0.8393 1 1.19146908




7. Determina el peso molecular para cada una de las soluciones de la tabla 1
Pm solución = (Xmetanol * Pm metanol) + (Xagua * Pm agua)







8. Determine el
volumen molar en
cada una de las mezclas y posteriormente calcule el volumen parcial molar del metanol. Utilice
el método investigado en el trabajo pre-laboratorio
V molar = (1 / ρ solución) * (Pm solución)
Solución (1/Densidad) PM
(solución)
V molar
1 (1 /0.946)* 20.3917= 21.5557082
2 (1 /0.9403)* 23.26375= 24.7407742
3 (1 /0.9899)* 24.24445= 24.4918174
4 (1 /0.8564)* 25.65946= 29.9620037
5 (1 /0.851)* 28.68562= 33.7081316
6 (1 /0.8412)* 29.218= 34.7337137
7 (1 /0.8393)* 29.61028= 35.2797331
9. Graficar el volumen molar del metanol vs la fracción de metanol.
Solución METANOL(X1) PM AGUA (X2) PM PM
(solución)
1 (0.17 * 32.02)+ (0.83 * 18.01)= 20.3917
2 (0.375* 32.02)+ (0.625* 18.01)= 23.26375
3 (0.445* 32.02)+ (0.555* 18.01)= 24.24445
4 (0.546* 32.02)+ (0.454* 18.01)= 25.65946
5 (0.762* 32.02)+ (0.238* 18.01)= 28.68562
6 (0.8* 32.02)+ (0.20* 18.01)= 29.218
7 (0.828* 32.02)+ (0.172* 18.01)= 29.61028

11. 10. Registra todos los resultados en una tabla
PESO DE
LA
SOLUCION
g
Masa
(CH3OH)
Masa(
Agua)
n=m/PM(CH3OH)
n=m/PM
(Agua)
METANOL
(X1)
0.946 0.0007918 5 2.47E-05 0.27762354 0.17
0.9403 2.38E-06 5 7.42E-08 0.00021982 0.375
0.9899 3.17E-06 5 9.89E-08 0.00021982 0.445
0.8564 4.75E-06 5 1.48E-07 0.00021982 0.546
0.851 1.27E-05 5 3.96E-07 0.00021982 0.762
0.8412 1.58E-05 5 4.95E-07 0.00021982 0.8
0.8393 1.90E-05 5 5.93E-07 0.00021982 0.828

AGUA
(X2)
Densidad
Ʋ= 1/p V
esp.
PM
(solución)
V molar
0.83 0.946 1.05708245 20.3917 21.5557082
0.625 0.9403 1.06349038 23.26375 24.7407742
0.555 0.9899 1.01020305 24.24445 24.4918174
0.454 0.8564 1.16767865 25.65946 29.9620037
0.238 0.851 1.17508813 28.68562 33.7081316
0.2 0.8412 1.18877794 29.218 34.7337137
0.172 0.8393 1.19146908 29.61028 35.2797331

0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
V molar

12. ANALISIS DE RESULTADOS:
En la tabla de resumen se puede observar que el volumen molar aumento de acuerdo a la
concentración de metanol que esté presente en el agua.
El cálculo de volúmenes parciales de las soluciones es una forma de conocer el volumen real de
cada una de las mezclas.
Según los resultados obtenidos se observa que el volumen molar parcial del metanol aumenta según
el incremento de la concentración en las soluciones, esto quiere decir que entre mayor sea la
concentración mayor es el volumen molar parcial de metanol, y con la determinacion de estos
volúmenes parciales podemos conocer el volumen real de la solución (metanol y agua).
Con respecto a la gráfica mostrada en el marco teórico (método de la pendiente), la gráfica elaborada
conforme a los datos obtenidos resulta ser similar, lo que comprueba que el experimento fue exitoso
ya que su ruta es la adecuada y se observa que aumenta la concentración de las mezclas.
CONCLUSIONES:
Los volúmenes parciales molares son una forma de determinar el volumen real de una solución.
Dentro de la practica las complicaciones más notables fueron el de el secado de las charolas, ya que
al solo contar con una estufa y un desecador no se pueden meter varias charolas dentro de estos y
cada lote, por así decirlo, necesita de una hora en la estufa y media en el desecador,
aproximadamente, para tener un peso constate.
La balanza analítica necesita estar bien equilibrada puesto que alguna variación puede ocasionar
errores o resultados no esperados.
El punto de hacer dos pruebas fue el de obtener un peso más exacto y así mismo el tapara las
charolas ayudó a evitar la volatilización de la mezcla metanol-agua.
Celia Mena Valdez


En la práctica realizada se determinó los volúmenes parciales molares y estos nos ayudan a
establecer un volumen efectivo de cualquier solución. En este caso se calculó el volumen parcial
molar de la solución compuesta por metanol y agua, en el caso más tardado o complicado fue en el
proceso de las charolas ya que el equipo es uno solo y no se podían meter a la estufa muchas
charolas y eso se nos complicó un poco y fue lo que hizo que la practica fuera más tardada.
Se hicieron dos pruebas para poder tener datos más verídicos y por lo tanto se elaboraron el doble
de charolas y así se logró un resultado más estable.
Marlene Karina Gutiérrez Lara

13. La práctica nos sirvió para determinar las propiedades parciales molares, en este caso no
modificamos la presión ni la temperatura el volumen vario con un mínimo de rango y se pudieron
cuantificar los resultados. Se realizaron dos evaluaciones para determinar con mayor exactitud.
Se sustituyeron algunos materiales de laboratorio por algunos otros de origen casero, el resultado
fue similar al esperado y el final de la práctica fue exitoso
Martha Elena Trejo Garduño
El volumen molar parcial de metanol se obtuvo a temperatura y presión constante en la mezcla de
metanol y agua, el volumen molar parcial se necesita por qué es una magnitud intensiva y depende
de la presión y la temperatura. El volumen parcial molar de la solución es menor a él volumen molar
del metanol, así que la suma de los dos volúmenes parciales, es mayor. La concentración del
metanol en las soluciones tiene un aumento cuando el volumen parcial aumenta, es una relación
entre ambas cantidades.
La práctica tuvo éxito y eso se demuestra con la gráfica presentada en los resultados, ya que coincide
con la gráfica que se presenta en el marco teórico de esta práctica.
Azucena Balderas Rodríguez
REFERENCIAS
Smith J.M., Van Ness H.C., Abbott M.M. introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química, McGraw Hill
Interamericana México 2000, 6
a
edición.
•Cengel, Y. y Boles, M. (2006). Termodinámica (6ª ed.). México, D. F.: Editorial McGraw-Hill. ISBN: 970-10-
3966-1, pág. 302-308