Fisicoquimica

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Universidad Andrés Bello
Facultad de Ecología y Recursos Naturales
Departamento de Ciencias Químicas.

Laboratorio Nº1
Fisicoquímica II

“Estudio Volumétrico de Disoluciones de no Electrolitos”

Introducción

Muchas reacciones químicas ocurren en disolución o solución, está es una mezcla homogénea a nivel molecular de una o más especies químicas que noreaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. Las sustancias que se disuelven en un determinado solvente se agrupan en dos categorías: Electrólitos y No electrólitos. Un electrolito es una sustancia que, al disolverse, forma una solución que conduce electricidad generando iones en solución. Un no electrolito no genera una solución conductora decorriente eléctrica después de disolverse, por ende, no genera iones en solución. Además las disoluciones se pueden clasificar por su estado de agregación o bien por su concentración.

En una disolución ideal de A y B, las interacciones A-B son idénticas a las interacciones A-A y B-B. En este caso, el equilibrio entre la concentración es aquella que cumple con la ley de Raoult. Este modelo es conocidocomo disolución ideal. Es conveniente definirla a través del potencial químico o energía libre molar de los componentes, lo cual viene dado por la siguiente expresión:

μi (p, T, xi) = μiº (p, T) + RT ln xi

Donde μi (p, T, xi) es el potencial químico de la disolución i en la disolución, μiº (p, T) es el potencial químico del componente i puro y xi es la fracción molar del componente ien el sistema. Esta expresión establece que el potencial químico depende solamente de la fracción molar siempre y cuándo p y T permanezcan constantes.

Este proceso se puede representar en términos de Energía Libre de Gibbs, tal como:

∆GM = Gdisolución - Ginicial

A partir de esta ecuación y teniendo en cuenta que el potencial químico es la energía libre molar se puede obtener otraexpresión:

∆GM = n1RTlnxi + n2RTlnxi = RT∑nilnxi

A partir de esta expresión se pueden obtener las demás propiedades termodinámicas derivando.

∆SM = -(∂∆GM)p = -R∑nilnxi
(∂T)p

∆HM = T2 [∂(∆GM /T)] = 0
[∂T]p

∆VM = (∂∆GM ) = 0
(∂P)T

Estas cuatro ecuaciones se utilizan paradefinir a una disolución ideal y deben cumplir con lo siguiente:

- Mezcla espontánea (∆GM = RT∑xilnxi )
- Mezcla al azar (∆SM = -R∑nilnxi )
- No hay interacciones (∆HM = 0)
- Tamaño y forma similar (∆VM = 0)

Estas condiciones son difíciles de cumplir, es por esto que la disolución ideal no existe en la realidad.

En el caso de que se quiera establecer una disolución ideal en términosvolumétricos, hay que comprobar que se cumpla la condición ∆VM=0. Esta ecuación es:

Vid = X1Vº1 + X2Vº2 donde Vº1 = M1/ρ1

Por otra parte, se debe calcular VR mediante la ecuación:

VR = (X1 M1 + X2 M2 )
ρ1,2

Entonces, comparando con los valores experimentales de volumen que se obtienen mediante la ecuación del volumen ideal y la del volumen real, esposible establecer si se trata de una disolución ideal o no. La relación se puede efectuar a través del llamado Volumen en exceso (Vε) que se define como:

Vε = VR - Vid

De acuerdo a esta relación, valores nulos de Vε indicaran un comportamiento ideal y si se obtienen valores de Vε ≠ 0, se puede establecer que la disolución es no ideal o real.

Objetivos

- Determinar el volumen realutilizando la densidad de los componentes puros; y además, el volumen ideal mediante la utilización de formulas.

- Indicar el comportamiento volumétrico de las disoluciones metanol/agua y metanol/etanol, en relación al volumen en exceso, para establecer cual de estos sistemas se aproxima más a una disolución ideal mediante una grafica de fracción molar v/s volumen en exceso.

Parte experimental...