Quimica fisica biologica-quimica fisica I




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fecha de publicación29.12.2015
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QUIMICA FISICA BIOLOGICA-QUIMICA FISICA I

TRABAJO PRACTICO DE LABORATORIO Nº 1
TEMA: PROPIEDADES MOLARES PARCIALES
OBJETIVO: DETERMINACION DEL VOLUMEN MOLAR PARCIAL DE UNA MEZCLA BINARIA
FUNDAMENTOS TEORÍCOS: Las magnitudes termodinámicas como la entropía S, energía interna E, volumen V ó entalpía H son magnitudes extensivas, que dependen de la cantidad de Sustancia. Es conveniente introducir magnitudes termodinámicas que no dependan de la masa y tengan un valor determinado en cada punto del sistema. En otras palabras, hemos de cambiar las variables extensivas en intensivas. Esto se hace dividiendo por la masa (El cociente entre dos magnitudes extensivas es una magnitud intensiva). Así aparecen las magnitudes molares y, para una mezcla de componentes, se define la magnitud molar parcial.

Se cumple que toda propiedad extensiva, X, de una mezcla viene dada por:


Donde es la magnitud molar parcial del constituyente i. Dicha magnitud representa la contribución por mol del componente i a la propiedad total X del sistema y se define así:


Así, por ejemplo, el volumen molar parcial, , expresa el aumento que experimenta el volumen del sistema en la adición, a P y T ctes de un mol de i a una cantidad tan grande de aquel que no produce cambio apreciable en la concentración. El valor de variará, naturalmente con la concentración de i. En una mezcla ideal, , es igual al volumen molar de la sustancia pura.

Para determinar volúmenes molares parciales en mezclas binarias es adecuado el método de las ordenadas en el origen. Consideremos, por ejemplo, una mezcla binaria con un total de un mol de ambos componentes, cuyas fracciones molares son x1 y x2.

Por tanto:

Como:









Si los volúmenes de mezclas de distinta composición, pero con una molaridad total unidad, se representan frente a las fracciones molares del componente 2, (Fig. 1), entonces las ordenadas en el origen BD y AC de la tangente a la curva en la fracción molar x2, son iguales a V2 y V1, para dicha composición. Sea α el ángulo formado por la tangente y la línea V=0; teniendo en cuenta la ecuación 2, se verificará:



Ahora, bien:





Análogamente:





Figura 1.- Método de las intersecciones para calcular magnitudes molares parciales.
Así mismo, las intersecciones sobre los ejes de coordenadas de las tangentes a la curva que resulta de representar la inversa de las densidades frente al % en peso, dan los volúmenes específicos parciales; si estos los multiplicamos por la respectiva masa molecular dan los volúmenes molares parciales.
APARATOS Y DROGAS

Picnómetro, pipeta Pasteur, balanza analítica, matraz de 100mL, 8 erlenmeyer de 100mL Alcohol etílico y Agua destilada.
NORMAS DE SEGURIDAD

Alcohol Etílico:

Estabilidad y Reactividad:

Reacciona lentamente con hipoclorito cálcico, óxido de plata y amoníaco, originando peligro de incendio y explosión. Reacciona violentamente con oxidantes fuertes tales como, ácido nítrico o perclorato magnésico, originando peligro de incendio y explosión.

Condiciones que deben evitarse: Fuentes de calor e ignición.

Materiales a evitar: Hipoclorito cálcico, óxido de plata, amoníaco y oxidantes fuertes.

Productos de descomposición: Vapores y gases de combustión.

Inflamable. Se evapora fácilmente. Sus vapores se depositan en las zonas bajas y pueden formar mezclas explosivas con el aire si se concentran en lugares confinados
Condiciones de manipuleo: Utilizar todos los equipos de protección personal. Evitar las llamas. NO producir chispas, NO fumar, NO poner en contacto con oxidantes fuertes.
Condiciones de almacenamiento: A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes.
Primeros Auxilios:

Inhalación: Trasladar al aire fresco. Si no respira administrar respiración artificial. Si respira con dificultad suministrar oxígeno. Mantener la víctima abrigada y en reposo. Buscar atención médica inmediatamente.

Ingestión: Lavar la boca con agua. Inducir al vómito. No administrar eméticos, carbón animal ni leche. Buscar atención médica inmediatamente (puede tratarse de alcohol desnaturalizado).

Piel: Lavar la piel con abundante agua. Retirar la ropa contaminada y lávela con abundante agua y jabón.

Ojos: Lavar con abundante agua, mínimo durante 15 minutos. Levantar y separar los párpados para asegurar la remoción del químico. Si la irritación persiste repetir el lavado. Buscar atención médica.
Medidas a tomar en caso de incendio y explosión:

Utilizar polvos, espumas resistentes al alcohol, agua en grandes cantidades, dióxido de carbono.
Procedimientos en caso de escape y/o derrame

Evacuar o aislar el área de peligro. Eliminar toda fuente de ignición. Restringir el acceso a personas innecesarias y sin la debida protección. Ubicarse a favor del viento. Usar equipo de protección personal. Ventilar el área. No permitir que caiga en fuentes de agua y alcantarillas. Si el derrame es pequeño dejarlo evaporar, también se puede absorber con toallas de papel. Si es grande recolectar el líquido con equipos que no desprendan chispas para evitar que se encienda. Lavar el residuo con abundante agua.
TECNICA OPERATORIA

1.- Calibrado del Volumen del Picnómetro

Pesar el picnómetro (incluido el tapón) vacío y seco en la balanza de precisión.

Se anota la masa del picnómetro vacío, mpic. Vacio. Después, llenarlo con agua hasta el borde y se introduce el tapón. El exceso de agua sale por el capilar del tapón. El volumen que vamos a determinar es el que ocupa el agua hasta la marca de enrase, por tanto, hay que enrasar con una pipeta pasteur o con papel. Volverlo a pesar, secándolo por fuera para no cometer errores en la medida, y se anota la masa del picnómetro con H2O, mpic+H2O.

Así pues, el volumen del picnómetro o volumen aparente,


La densidad del agua a las condiciones de P y T del laboratorio, se puede buscar en el HandBook.
2.- Determinación del Peso Aparente de una disolución

Partimos etanol puro, y preparar una serie de disoluciones acuosas de etanol (90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 y 10 % en peso de alcohol).

Para la preparación de las disoluciones se sigue el siguiente cuadro:

Porcentaje de etanol

VH2O (ml)

Vetanol (ml)

20%

80

25.32

30%

70

37.97

40%

60

50.63

50%

50

63.29

60%

40

75.94

70%

30

88.60

80%

20

101.26

90%

10

113.92

Para la preparación de las soluciones se tuvo en cuenta la densidad del etanol a 25°C, a los efectos de la realización del práctico de laboratorio trabajar con la temperatura ambiente del día del mismo.

Llenamos el picnómetro con C2H5OH (etanol) y pesamos W3.

Determinamos la densidad de las diferentes soluciones de etanol, utilizando:


3.- CÁLCULOS

  1. Calcúlese las densidades para todas las disoluciones de etanol.

  2. Represente 1/ρ (mL/g) frente al % en peso de etanol y calcular el volumen molar parcial del etanol y del agua para todas de las disoluciones. Utilizando el método de las intersecciones, calculamos los volúmenes molares parciales de etanol y agua en una disolución. Por ejemplo, para el 55% en peso de etanol, nos vamos a la gráfica y trazamos la tangente a la curva en el punto 55%. La intersección de la tangente con el eje 1/ρ nos da los volúmenes molares parciales:






Figura 2.- Volumen molar parcial de etanol en mezclas etanol-agua.

  1. Resumid los datos experimentales, según la siguiente tabla.

%etanol

Wdisol_et[g]

disol_et[g/mL]

1/disol_et[mL/g]

[mL/mol]

[mL/mol]




















4-CONCLUSIONES

Hacer un comentario de la variación observada en los volúmenes molares parciales de los dos líquidos el % peso de etanol.
5-CUESTIONARIO

1-¿Por qué no se debe tocar el picnómetro con las manos más de necesariamente imprescindible durante el desarrollo de la práctica?

2- Las propiedades molares parciales son propiedades intensivas o extensivas?

3-¿Qué es una propiedad molar parcial?.

4-¿Cuál es la ley de Gibbs-Duhem?


Figura 3. Picnómetro

NORMAS DE SEGURIDAD

Alcohol Etílico:

Estabilidad y Reactividad:

Reacciona lentamente con hipoclorito cálcico, óxido de plata y amoníaco, originando peligro de incendio y explosión. Reacciona violentamente con oxidantes fuertes tales como, ácido nítrico o perclorato magnésico, originando peligro de incendio y explosión.

Condiciones que deben evitarse: Fuentes de calor e ignición.

Materiales a evitar: Hipoclorito cálcico, óxido de plata, amoníaco y oxidantes fuertes.

Productos de descomposición: Vapores y gases de combustión.

Inflamable. Se evapora fácilmente. Sus vapores se depositan en las zonas bajas y pueden formar mezclas explosivas con el aire si se concentran en lugares confinados
Condiciones de manipuleo: Utilizar todos los equipos de protección personal. Evitar las llamas. NO producir chispas, NO fumar, NO poner en contacto con oxidantes fuertes.
Condiciones de almacenamiento: A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes.
Primeros Auxilios:

Inhalación: Trasladar al aire fresco. Si no respira administrar respiración artificial. Si respira con dificultad suministrar oxígeno. Mantener la víctima abrigada y en reposo. Buscar atención médica inmediatamente.

Ingestión: Lavar la boca con agua. Inducir al vómito. No administrar eméticos, carbón animal ni leche. Buscar atención médica inmediatamente (puede tratarse de alcohol desnaturalizado).

Piel: Lavar la piel con abundante agua. Retirar la ropa contaminada y lávela con abundante agua y jabón.

Ojos: Lavar con abundante agua, mínimo durante 15 minutos. Levantar y separar los párpados para asegurar la remoción del químico. Si la irritación persiste repetir el lavado. Buscar atención médica.
Medidas a tomar en caso de incendio y explosión:

Utilizar polvos, espumas resistentes al alcohol, agua en grandes cantidades, dióxido de carbono.
Procedimientos en caso de escape y/o derrame

Evacuar o aislar el área de peligro. Eliminar toda fuente de ignición. Restringir el acceso a personas innecesarias y sin la debida protección. Ubicarse a favor del viento. Usar equipo de protección personal. Ventilar el área. No permitir que caiga en fuentes de agua y alcantarillas. Si el derrame es pequeño dejarlo evaporar, también se puede absorber con toallas de papel. Si es grande recolectar el líquido con equipos que no desprendan chispas para evitar que se encienda. Lavar el residuo con abundante agua.

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