Volumenes parciales molares

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Volúmenes parciales molares
1. Introducción
El volumen parcial de una sustancia A en una mezcla es el cambio de volumen por mol de A adicionado a una gran cantidad de volumen de la mezcla. Estos volúmenes molares parciales varían con la composición debido a que el entorno que rodea a cada tipo de molécula presente varía al cambiar la composición de A puro a B puro; por lo que el entornomolecular cambiante y la variación de las fuerzas intermoleculares es lo que origina la variación termodinámica de una mezcla al cambiar su composición. El volumen molar parcial de una sustancia J de una determinada composición se define como:
( )

Tabla 2. Determinación de la densidad, volumen específico y fracción en peso a diferente volumen de etanol Volumen Volumen Fracción Densidad EtOHespecífico en peso (g/mL) (mL) (mL/g) W2 0 1,02 0,9804 0,0000 2 4 6 8 10 1,0051 0,9662 0,9284 0,8611 0,7993 0,9949 1,0350 1,0771 1,1613 1,2511 0,1527 0,3177 0,4959 0,7129 0,9600

v (mL/g)

Donde n’ representa que la cantidad de las otras sustancias presentes son constantes. En una mezcla a temperatura y presión constante, según la ecuación de Gibbs-Duhem, los volúmenes molares parciales no cambianindependientemente uno del otro, pues si uno aumenta el otro necesariamente debe disminuir [1]. ̅ ̅ ̅ ( ) ( )

Con los datos de la Tabla 1 se realizó la gráfica de volumen específico vs. fracción en peso del etanol; correspondiendo la curva a una ecuación de tercer grado. 1,35 1,25 1,15 1,05 0,95 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 W2 (g EtOH / g sln) 1,0
y = -0,1584x3 + 0,3963x2 + 0,0481x + 0,9803 R² = 0,999

2.Experimental
Se prepararon disoluciones de etanol al 96 % y agua con los siguientes volúmenes a temperatura ambiente: Tabla 1. Volúmenes empleados en la preparación de las diferentes disoluciones de agua y etanol Agua (mL) Etanol (mL) 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10

Gráfica 1. Relación entre el volumen específico vs. la fracción en peso del etanol En un sistema ideal, en donde las interaccionessolutosolvente se consideran prácticamente nulas, la gráfica de volumen especifico vs fracción en peso se esperaría que tuviese un comportamiento lineal, sin embargo para el sistema agua-etanol se presentó una desviación de la linealidad como se observa en la Gráfica 1. Lo anterior se debe a que en una mezcla, el volumen de la disolución no es igual al volumen previo a la mezcla, lo cual puedeatribuirse a las diferencias entre las fuerzas intermoleculares existentes en la disolución y la de los componentes puros, es decir que el etanol interactuó con el agua en disolución formando enlaces de hidrógeno permitiendo que las moléculas de soluto y solvente se mantuvieran fijamente unidas. También es posible que la desviación de la linealidad se deba a una diferencia entre el empaquetamiento delas moléculas en la disolución y su empaquetamiento en los componentes puros debido a los distintos tamaños y formas de las moléculas que se mezclan [2]. Desde el punto de vista de la variación de la densidad, se puede decir que al aumentar el valor de w2, disminuye la densidad, la cual es una propiedad que depende netamente de las interacciones moleculares del solvente. Posteriormente, seobtuvieron los volúmenes específicos del agua (ν1) y del etanol (ν2) mediante la siguiente ecuación:
( )

Posteriormente, se tomaron muestras de 1 mL de estas disoluciones y se determinaron sus densidades mediante un picnómetro.

3. Resultados y discusión
Para el estudio del volumen de mezcla y los volúmenes molares parciales de los componentes de una disolución binaria, se prepararon disolucionescon diferentes volúmenes de etanol al 96% y agua a temperatura ambiente. Luego se determinaron las densidades de estas disoluciones. En la Tabla 2 se muestran las correspondientes densidades. A partir de las densidades de cada una de las disoluciones (Tabla 2), se calculó el volumen específico (v) mediante la relación:

También se determinó la fracción en peso del etanol (W2) para cada...
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