Efectos de la Concentracin, la Temperatura, y Composicin del Disolvente en los Volmenes Molares Parciales de Laurilsulfato de Sodio en Metanol(1) + Agua(2) en un medio de disolventes mixtos.

Ajaya Bhattarai,* Sujeet K. Chatterjee, Tarun K. Deo, and Tulasi Prasad NiraulaDepartamento de Qumica, M. M. A. M. C, Universidad de Tribhuvan, Biratnagar, Nepal.

RESUMEN: Las mediciones precisas de la densidad de Laurilsulfato Sdico en Agua pura y en Metanol (1) + Agua (2) mezclados en un medio de solvente que contiene (0.10, 0.20, 0.30, y 0.40) fraccin volumen de metanol a (298.15, 308.15, 318.15, y 323.15) K son reportadas. Las concentraciones son variadas a partir de (0.310-1 a 1.310-1) molkg-1. Los resultados fueron casi constantes en los volmenes molares parciales con cada vez mayor concentracin de tensioactivo. Adems, se encontr que los volmenes molares parciales incrementaban al aumentar la temperatura en toda la gama de concentracin investigada en un medio de solvente y disminuye con el aumento de contenido de metanol en la composicin del disolvente.

INTRODUCCIN.

Se ha demostrado que el volumen molar parcial puede llegar a ser una herramienta muy til en el entendimiento de las interacciones que se producen en las soluciones. El estudio de volmenes molares parciales de los tensioactivos ha sido utilizado para examinar el comportamiento de las soluciones donde se encuentran presentes1-6. Lee y Hyne7 han determinado los volmenes molares parciales de cloruros de tetra-alquilamonio en el sistema de metanol-agua y mezcla de solventes para examinar las interacciones de los iones del solvente en mezclas acuosas, y ellos han discutido los cambios estructurales que acompaan a la adicin de etanol al agua. Recientemente procedimientos empricos se han desarrollado para predecir el volumen molar parcial de compuestos orgnicos inicos y no inicos en soluciones acuosas8, 9. Sin embargo, la evaluacin de estos procedimientos para tensioactivos es limitado por la falta de disponibilidad de los datos experimentales fiables de una amplia variedad de estructuras qumicas y las caractersticas macromoleculares.

Definiciones detalladas y una explicacin del volumen parcial molar se han proporcionado en varios papeles10-12.Por lo tanto, la nica relacin bsica relativa al sistema adjuntado estudiado se tratar. El volumen molar parcial, VB, se define por la siguiente ecuacin;Tabla 1. Propiedades de las mezclas Metanol (1) + Agua (2) que contienen (0.10, 0.20, 0.30 y 0.40) fraccin volumen de Metanol a (298.15, 308.15, 318.15 y 323.15) K

donde V representa el cambio en el volumen total y n es el nmero de moles. El volumen molar parcial se proporciona a menudo en unidades de volumen molar parcial cm3mol-1.

Si hay una dependencia de la concentracin, los volmenes molares parciales tienen que ser extrapolados a la concentracin cero mediante la siguiente ecuacin. la cual calcula el volumen molar aparente en las concentraciones finita (C).13

Dnde:

M es el peso molecular del Laurilsulfato Sdico.0 es la densidad del solvente, es la densidad de la solucin.C tiene las unidades como el equivalente a la concentracin en molkg1.

Tabla 2. Concentracin, Densidad y Volumen molar parcial de la Mezcla en medio disolvente Laurisulfato Sdico en Agua Pura y Metanol (1) + Agua (2) a (298.15, 308.15, 318.15 y 323.15) K

Tabla 2. Continuacin.

El objetivo del presente trabajo es analizar la influencia de la concentracin, el medio, y la temperatura en la solucin del tensioactivo en la mezcla metanol (1) + agua (2) en medio de solvente por volmenes molares parciales. Las densidades de la solucin se miden sistemticamente para el Laurilsulfato sdico, y el volumen molar parcial del tensioactivo se calcula a las temperaturas (298.15, 308.15, 318.15, y 323.15) K.

Figura 3. Concentracin independiente del volumen molar parcial para el Laurilsulfato sdico a 318.15 K, en agua pura () y diferentes mezclas de metanol (1) + agua (2) (, 0.10 metanol; , 0.20 metanol; , 0.30 metanol; +, 0.40 metanol).Figura 1. Concentracin independiente del volumen molar parcial para el Laurilsulfato sdico a 298.15 K, en agua pura () y diferentes mezclas de metanol (1) + agua (2) (, 0.10 metanol; , 0.20 metanol; , 0.30 metanol; +, 0.40 metanol).

Figura 4. Concentracin independiente del volumen molar parcial para el Laurilsulfato sdico a 323.15 K, en agua pura () y diferentes mezclas de metanol (1) + agua (2) (, 0.10 metanol; , 0.20 metanol; , 0.30 metanol; +, 0.40 metanol).Figura 2. Concentracin independiente del volumen molar parcial para el Laurilsulfato sdico a 308.15 K, en agua pura () y diferentes mezclas de metanol (1) + agua (2) (, 0.10 metanol; , 0.20 metanol; , 0.30 metanol; +, 0.40 metanol).

SECCIN EXPERIMENTAL.

Metanol (Merck, India) fue destilado con pentxido de fsforo y luego redestilado sobre hidruro de calcio. El disolvente purificado tena una densidad de 0.77723 0.00004 gcm-3 y un coeficiente de viscosidad de 0.47424 0.00005 mPas a 308,15 K; estos valores se parecen mucho a los valores de la literatura. Se destil por tercera vez el agua, la cual tena una conductancia especfica menos de 10-6 Scm-1 a 308.15 K que fue utilizada para la preparacin de los disolventes mixtos.

Las propiedades fsicas de la mezcla de metanol (1)-agua (2) en disolventes mixtos utilizados en este estudio en (298.15, 308.15, 318.15, y 323.15)K se muestran en la Tabla 1, y esos valores corresponden con las obras publicadas14,15.

Se tomaron los siguientes datos de la literatura para la densidad del agua pura16, 17 para calcular el volumen molar parcial de sulfato de lauril sdico en agua pura. La permitividad relativa de las mezclas de metanol (1) - agua (2) a las temperaturas experimentales se obtuvieron mediante una regresin como una funcin de la composicin del disolvente a partir de la literatura.Laurilsulfato de sodio utilizado en esta investigacin fue adquirido de Merck Especialidades Private Limited, Mumbai, India. Para medir la densidad, se utiliz el mtodo de picnmetro. Las soluciones madre se prepararon para cada serie de concentracin para evitar problemas de envejecimiento y de contaminacin por microorganismos, como suele suceder con soluciones tensioactivas diluidas. 19

Las densidades de las soluciones se determinaron mediante el uso de un tipo de picnmetro de una capacidad de 25 cm3. La solucin de muestra se transfunde en el picnmetro mediante el uso de una jeringa mdica. A continuacin, el picnmetro se fija hermticamente en un termostato a las temperaturas experimentales dentro de 0.005 K. Despus de que se alcanza el equilibrio trmico, la masa del picnmetro se midi con una balanza electrnica, y se calcul la densidad. Las mediciones de densidad son precisas dentro de 0.00005 gcm-3, lo cual es satisfactorio para nuestro propsito.

Para evitar la absorcin de humedad, se prepararon todas las soluciones en un cuarto deshumidificado con sumo cuidado. En todos los casos, los experimentos se realizaron en tres repeticiones. Los volmenes molares parciales en diferentes molalidades de las soluciones se dan en la Tabla 2 junto con el error estndar en el intervalo de confianza del 95%.

RESULTADOS Y DISCUSIN.

Cuando se mezclan el alcohol y el agua, hay un minuto donde el calor, que puede ser medible, es evidente. El enlace de hidrgeno y el empaquetamiento de las molculas cercanas, por la atraccin permiten un mayor nmero de molculas del alcohol hidratado para encajar en el mismo espacio, disminuyendo as el volumen global. La densidad se disminuye con el aumento del contenido de alcohol para el sistema de disolvente mixto metanol (1) + agua (2) (Tabla 1). Sin embargo, la densidad del sistema aumenta con la adicin de agente tensioactivo (Tabla 2).

Este comportamiento se ha encontrado que es similar el de la literatura.20, 21. A medida que el lquido se vuelve ms caliente, las molculas se extienden ms. Cuando las molculas estn ms dispersas, la sustancia es menos densa, como la gravedad especfica es ms baja (Tablas 1 y 2). Los volmenes molares parciales para el Laurilsulfato sdico en agua pura y otras cuatro mezclas diferentes de metanol (1) + agua (2) que contienen (0,10, 0,20, 0,30, y 0,40) fraccin volumen de metanol a (298.15, 308.15, 318.15, y 323.15) K que se muestran en la Tabla 2.

Figuras Representativas (Figuras 1 a 4) muestran la variacin de los volmenes molares parciales de la solucin investigada como una funcin de la concentracin del tensioactivo. A partir de estas figuras, los volmenes molares parciales presentan un comportamiento casi independiente con el aumento de la concentracin dentro de los intervalos de concentracin examinados en este estudio. Los datos de volumen molares parciales para el agua pura de Laurilsulfato sdico a 298.15 K por encima de la concentracin micelar crtica (cmc) son casi la misma que la de reportada por Durchschlag y Zipper.8 Obviamente, la concentracin independiente de volmenes molares parciales sigue el mismo patrn en todas las temperaturas y composiciones de disolventes investigados.

Los efectos de la temperatura y la permitividad relativa en los valores de los volmenes molares parciales se han mostrado en la Tabla 2. A cada temperatura, se encontr que los valores de los volmenes molares parciales disminuan con la disminucin de la permitividad relativa al aumentar el contenido de metanol en el sistema. Por otro lado, el volumen molar parcial incrementa en el sistema dado al aumentar la temperatura.

La permitividad relativa del medio se disminuy con el aumento en el contenido de metanol a una temperatura dada y se informaron hallazgos similares en el estudio anterior tambin. Debido a que la permitividad relativa ms baja promueve una mayor energa de unin, y por lo tanto una menor cantidad de contraiones no condensados a partir de (0,10 a 0,40) fraccin volumen de metanol en el medio de disolvente mixto en toda la gama de temperaturas investigadas.

CONCLUSIONES.

Los efectos de la concentracin, la temperatura, y composicin del disolvente en los volmenes molares parciales del laurilsulfato de sodio en metanol (1) + agua (2) en un medio de disolventes mixtos, han sido estudiados por medicin de la densidad a travs del mtodo del picnmetro. Las siguientes conclusiones se han extrado de los resultados y la discusin de arriba. La densidad disminua con el aumento de contenido de alcohol para el sistema estudiado de metanol (1) + agua (2) con disolvente mixto. Sin embargo, la densidad se incrementa con la adicin de sulfato de lauril sdico. Los volmenes molares parciales aumentan con el aumento de temperatura en toda la gama de concentracin investigada en el sistema de disolvente mixto. Por otra parte, a una temperatura particular, los volmenes molares parciales se encuentran casi iguales, incluso en las diferentes concentraciones, y estos valores se disminuyen a medida que la permitividad relativa disminuye.

INFORMACIN DEL AUTOR.

Autor correspondiente.

Correo electrnico: bkajaya@yahoo.com.

RECONOCIMIENTO.

Los autores agradecen al profesor Bijan Das, actualmente en el departamento de Qumica de la Universidad del Norte de Bengala, Darjeeling, India y Profesor Raja Ram Pradhananga, Dr. Jagadeesh Bhattarai, Departamento Central de Qumica de la Universidad Tribhuvan, Kathmandu, Nepal por sus valiosas sugerencias y discusiones. Sincero agradecimiento al Director del Departamento de Qumica, Mahendra Morang Adarsh Campus mltiple, Biratnagar, Universidad de Tribhuvan, Nepal por la prestacin de los servicios de investigacin a disposicin de nosotros para llevar a cabo esta investigacin.

REFERENCIAS.

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