Alumna investigadora: Ana Cobos Huerga

Estudios: Máster de Instrumentación en Física. Facultad de Ciencias. Departamento de Física Aplicada

Profesor/Tutor: Isaías García de la Fuente

Resumen del proyecto

En este proyecto se han estudiado termodinámicamente los sistemas binarios
N,N-dimetilformamida + 2-alcanonas. Para ello se han utilizado un densímetro y analizador de la velocidad del sonido Anton Paar DSA5000 y un refractómetro RMF970.
Primero se realizó un calibrado del DSA5000 a 293.15, 298.15 y 303.15 K, midiendo el sistema test: ciclohexano + benceno, que corroboró la valía del mismo.
A continuación, se midieron las densidades, velocidades del sonido e índices de refracción de los sistemas en estudio. A partir de estos datos se calcularon: el volumen molar de exceso, y las variaciones del coeficiente de compresibilidad isoentrópico, del coeficiente de dilatación a presión constante, de la velocidad del sonido y del índice de refracción. Además se determinó la refracción molar, la constante de Rao y la variación de la presión interna.
Como consecuencia se han obtenido las siguientes conclusiones acerca del comportamiento del sistema en estudio:
1.- Estos sistemas están caracterizados por fuertes interacciones amida-cetona, que se vuelven más débiles cuando el tamaño de la cetona aumenta. Los valores positivos de la variación de la presión interna, los valores negativos del volumen molar de exceso, así como las dependencias con la temperatura y presión de estas funciones de exceso, justifican la existencia de interacciones entre moléculas distintas.
2.- Del análisis de la constante de Rao se deduce que no hay formación de complejos. 3.- Los valores negativos del volumen molar de exceso indican la existencia de efectos estructurales, los cuales contribuyen enormemente a entalpía molar de exceso.
4.- Las magnitudes molares de volumen y entalpía de exceso varían de acuerdo con el tamaño de la cetona. Esto explica que los cambios relativos del volumen de exceso son consecuencia de las contribución interaccional.
5.- Los cambios en la variación de la presión interna, del volumen molar y de la refracción molar indican que las interacciones dispersivas se vuelven más relevantes para las cetonas más largas.

Sectores de aplicación

Los sistemas seleccionados para este estudio son del tipo amida + cetona. El grupo amida, -NCO-, es de importancia capital en el estudio de los seres vivos, pues las proteínas son cadenas de aminoácidos que se mantiene unidos mediante enlaces peptídicos. El grupo funcional característico de las cetonas es el carbonilo, -CO-, cuyas aplicaciones industriales son muy numerosas y conocidas por todos. Ambos grupos poseen una gran polaridad, de modo que su comportamiento termodinámico permitirá explicar el de otros tipos de mezclas de moléculas polares.

Objetivos alcanzados

1.- Se ha calibrado el densímetro Anton Paar DSA5000 a 293.15, 298.15 y 303.15 K, y a presión atmosférica, usando heptano, isoctano, ciclohexano, benceno, tolueno y agua destilada.
2.- A estas temperaturas y la presión atmosférica, se han determinado el volumen molar de exceso y las variaciones de la compresibilidad isoentrópica, coeficiente de dilatación a presión constante, velocidad del sonido e índice de refracción para el sistema test: benceno + ciclohexano. Se han comprobado con la literatura para verificar el calibrado del aparato.
3.- En las mismas condiciones, se han medido estas magnitudes termodinámicas para los sistemas binarios formados por N,N-dimetilformamida + propanona, + butanona, + 2-pentanona y
+ 2- heptanona.
4.- Se han estudiado teóricamente los datos obtenidos, llegando a las conclusiones señaladas en el resumen.

Metodología empleada

Los métodos más usuales aplicados para la modelización de mezclas líquidas son: métodos de contribución de grupos funcionales, teorías de asociación, teorías con ecuación de estado, y métodos de simulación. Los primeros son los que proporcionan una descripción más completa de las mezclas, pues reproducen un mayor número de equilibrios entre fases y propiedades termodinámicas del equilibrio. El grupo G.E.T.E.F. es reconocido experto mundial en su manejo. Se hace un estudio comparativo y sistemático de las propiedades termodinámicas en disolución de los principales grupos funcionales orgánicos conocidos. Mediante el análisis de mezclas en las que la complejidad de la estructura molecular de sus componentes y de las interacciones entre ellos se va incrementando de forma progresiva, se consigue caracterizar las interacciones asociadas a cada grupo funcional. La mencionada caracterización se realiza tanto experimental como teóricamente.