Inf. 04 Presion de Vapor

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UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLOFACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y METALURGIA

INGENIERÍA DE MINAS

INFORME DE LABORATORIO Nº 04“PRESIÓN DE VAPOR DE AGUA”

I. OBJETIVO

Determinar la presión de vapor de los líquidos a temperaturas

mayores que la ambiental y con ellos calcular el calor molar de

vaporización.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO

INTRODUCCIÓN

Es la presión a la cual el líquido y el vapor están en equilibrio. Esta

presión llamada también de saturación es función de la temperatura e

independiente de las cantidades relativas del líquido y vapor presente.

Cada líquido tiene su presión de vapor característica a una temperatura

dada, en el caso de mezclas de líquidos y soluciones, la presión de

vapor depende de la naturaleza y las proporciones relativas de las

sustancias en la solución a una temperatura dada.

En la práctica solo consideraremos sistemas de un solo componente en

el cual el líquido y el vapor tienen la misma composición y existe una

presión para una temperatura fija.

Definición

Es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre

la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase

líquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinámico. Este fenómeno

también lo presentan los sólidos; cuando un sólido pasa al estado

gaseoso sin pasar por el estado líquido.

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Inicialmente solo se produce la evaporación; a medida que la cantidad

de vapor aumenta y por lo tanto y por lo tanto la presión en el interior de

la

ampolla, se va incrementando también la velocidad de condensación,

hasta que transcurre un cierto tiempo las velocidades se igualan.

Variación de la presión de vapor con la temperatura

La presión de un vapor con un líquido o un sólido se denomina presión

de vapor. Las curvas de cambio de fase son, por tanto, representaciones

de la presión de vapor en función, únicamente, de la temperatura (no

depende del volumen).

La temperatura de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual su

presión de vapor es igual a la presión exterior.

La presión de vapor de un líquido es una función creciente de la

temperatura, esta relación y la curva de equilibrio entre dos fases viene

dada por la ecuación de Clausius-Clapeyron:

dP/dT = λVap / T ( Vv - V 1 ) (1)

Si V 1 ≈ 0, por ser muy pequeño, entonces:

dPdT

= λvapTX V v

(2)

Donde:

λVap: Cantidad de calor absorbido en la vaporización.

V 1 : Volumen del liquid.

Vv: Volumen del vapor saturado.

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Además; para 1 mol

Vv=RTP

(3)

Reemplazando (3) en (4), se tiene:

dPdT

= λVapRX (T )2

(4)

Ordenando la ecuación (4):

dPP

= λVapR (T )2

XdT

(T )2

(5)

Integrando (5) sin límites, Cuando λVap es constante (para un intervalo

corto de temperatura).

∫ dPP = λVap(T )2

∫ dT(T )2

Resultando:

LnP=−λVapR

X1T

+C (6)

Resultando en función de log:

LogP=−λVap2 .303 R

X1T

+C (7)

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La ecuación (6) y (7) tiene una similitud con la ecuación de la recta,

por tanto, graficando.

Grafico: LogP VS 1/T

Entonces:

λVap = - 2.303 R x m

Integrando la ecuación de Clausius - Clapeyron (5) entre limites definidos cuando λVap es constante:

∫P1

P2dPP

= λVap2 .303 R

∫T 1

T 2dT

(T )2 (9)

Resolviendo la ecuación (9), se tiene:

lnP2P1

= λVapR

[T 2−T 1T 2 XT 1

]

(10)

Fórmula alternativa:

logP2P1

= λVap2 .303 R

[T 2−T 1T 2 XT 1

]

(11)

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III. MATERIALES Y EQUIPOS

Matraz de 1 litro de capacidad con tapón tri horadado. Un termómetro. Tubo de vidrio en T. Tuvo en U con mercurio que hace las veces de un manómetro. Pinzas de mohr. Mechero de Bunsen. Agua destilada.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

a) Instalar el equipo con mucho cuidado.

b) Llenamos el matraz con agua destilada hasta un tercio de su

volumen total, mantener las llaves # 1, 2 y 3 abiertas. La presión

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dentro del matras será igual a la atmosfera, por lo tanto el nivel del

mercurio en las dos ramas del tubo en U serán iguales.

c) Cierre las llaves # 2 y 3 y mantener abierta la llave # 1.

d) Calentar el agua del matraz con un mechero hasta la ebullición

e) Retirar inmediatamente el mechero para evitar sobrecalentamiento.

f) Cierre la lave # 1 y habrá la llave # 3, el nivel del mercurio en ambas

ramas deben ser iguales, de lo contrario espere que se establezca el

nivel.

g) Anote las temperaturas y presiones manométricas empezando de

89°C en forma descendente, en intervalos de 2°C grados. Debido al

enfriamiento en el matraz el vapor empieza a condensar y crea un

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ligero vacío dentro de él, por lo tanto, la columna empieza a subir en

la rama derecha y en la misma proporción baja el de la izquierda.

h) Terminado el experimento cierre la llave # 3 y habrá la llave # 2 para

evitar que el mercurio ingrese al matraz.

i) Llenar el cuadro con los datos del experimento.

T (°C) 89 88 87 86 85

Pman

(Hg)

0 -17 -32 -46 -56

V. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Pabs = Patm + Pman

Tebull(H2O) = 89°C

Pv(H2O)( H2O) = 506.1 mmHg = Patm

Para T = 89°C + 273 = 362°K

Pabs = Patm + Pman = 506.1 mmHg + 0 mmHg

Pabs = 506.1 mmHg

LogPabs = Log(506.1) = 2.704

Para T = 88°C + 273 = 361°K

Pabs = Patm + Pman = 506.1 mmHg + (-17mmHg)

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Pabs = 489.1 mmHg

LogPabs = Log(489.1) = 2.689

Para T = 87°C + 273 = 360°K

Pabs = Patm + Pman = 506. 1 mmHg + (-31mmHg)

Pabs = 474.1 mmHg

LogPabs = Log(474.1) = 2.676

Para T = 86°C + 273 = 359°K


Pabs = 460.1 mmHg

LogPabs = Log(460.1) = 2.663

Para T = 85°C + 273 = 358°K


Pabs = 450.1 mmHg

LogPabs = Log(450.1) = 2.653

En resumen:

T (°C) T (°K) 1/T(1/k) Pman(mmHg) Patm(mmHg) Pabs(mmHg) LogPabs

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89 362 2.76x10-3 0 506.1 506.1 2.704

88 361 2.77x10-3 -17 506.1 489.1 2.689

87 360 2.78x10 -3 -32 506.1 474.1 2.676

86 359 2.79x10-3 -46 506.1 460.1 2.663

85 358 2.79x10-3 -56 506.1 450.1 2.653

VI. CONCLUSIONES

Se concluyó que al determinar la presión de vapor de los líquidos a

temperaturas mayores que la ambiente, resultó: 506.1 mmHg.

VII. RECOMENDACIONES

Tener los materiales, equipos y el área de trabajo siempre limpios.

Realizar el experimento de manera rápida, para así poder obtener

resultados más precisos.

Fijarse que los materiales estén completos y en buen estado, de

esta forma los errores en los cálculos son mucho menores.

Tener un buen orden de ejecución de pasos para evitar malos

cálculos.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Gaston Pons Musso – FISICOQUIMICA 2008.

Frederick Lohgo – QUIMICA GENERAL

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Harry B. Gray – PRINCIPIOS BASICOS DE LA QUIMICA.

Castellan G. “Fisicoquímica” 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo

Interamericano, EEUU, 1987, pág: 106, 144. 312-313;324,337

IX. SOLUCIÓN DE PREGUNTAS

a) Gráfica de Log vs 1/T

b) Cálculo de λvap

m¿ y2− y1x2−x1

m= 2.704−2.653

2.76−2.79

m= -1.7 × 103

Como:

m= − λvap2.303R

(A)

De la ecuación (A) despejamos λvap

m × 2.303 = −λvap

-λvap = -1.7 × 103× 2.303

λvap = 7779.303 cal

mol×k

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c) Cálculo de C

Cálculo de la constante C

Log P = -− λvap2.303R

× 1T

+C (B)

De (B) despejamos C:

2.653 = - 7779.3037

2.303×1.987×

1358

+C

C = 7. 402

X. ANEXOS

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