Universidad de La SalleLaboratorio N4. Influencia de la temperatura en la presin de vapor.Grupo: 03 Subgrupo: 02 Charon SilvaSandy Crdenas

Resumen.Este laboratorio se realiz con el fin de estudiar el comportamiento de las siguientes sustancias: metanol, etanol, agua destilada, sacarosa y cloruro de sodio, teniendo en cuenta de cmo se afecta la presin con relacin a la temperatura, y en todos los cuatro casos se evidenci que a medida de que haba un incremento de la temperatura, su presin se vea afectada y se lograba su disminucin, hasta obtener una presin de valor 0 (cero), esto a su vez dependa de la sustancia trabajada, pero esta se logr en un rango de temperatura de 50 a 60 C.

Palabras Clave: temperatura, presin y presin de vapor,.

Abstract.This laboratory was conducted in order to study the behavior of the following: methanol, ethanol, distilled water, sodium chloride and sucrose, considering how the pressure affects in relation to temperature, and in all four cases evidenced that as there was a rise in temperature, the pressure was unaffected and achieved its decline until a pressure of 0 (zero), this in turn depended on the substance worked, but this was achieved in a temperature range of 50 to 60 C.

Keywords: temperature, pressure and steam pressure

Introduccin.La presin de vaporsobre un lquido es el resultado de un equilibrio dinmico entre la fasede vapory la fase lquida de uncompuesto. La velocidad a la cual las molculas dejan la superficie del lquido y pasan a la fase gaseosa, es igual a la velocidad a la cual las molculas de la fase gaseosa regresan a la superficie del lquido.El objetivo de la determinacin de la presin de vapor en un anlisis experimental es calcular las presiones parciales de aire a diferentes temperaturas en un sistema controlado con las fases del agua lquido y vapor, se puede saber as, cuales son las presiones de vapor de ese sistema controlado a las diferentes temperaturas experimentales con que se trabaje, teniendo en cuenta el ajuste y tratamiento de los datos se obtiene la presin de vapor a cada temperatura, la fraccin molar del agua a cada temperatura y el calor que se requiera para evaporar la sustancia, cuyo comportamiento ideal es la disminucin de la temperatura proporcionalmente con la disminucin del desplazamiento de la burbuja de aireMarco terico. En la imagen 1 se representa un recipiente cerrado, lleno parcialmente de un lquido (azul).Imagen 1.

Este lquido como toda sustancia est constituido pormolculas(puntos negros), que estn en constante movimiento al azar en todas direcciones. Este movimiento errtico, hace que se produzcan choques entre ellas, de estos choques las molculas intercambian energa, tal y como hacen las bolas de billar al chocar; algunas aceleran, mientras otras se frenan.En este constante choque e intercambio de energa, algunas molculas pueden alcanzar tal velocidad, que si estn cerca de la superficie pueden saltar del lquido (puntos rojas) al espacio cerrado exterior como gases.A este proceso de conversin lenta de los lquidos a gases se les llama evaporacin.A medida que ms y ms molculas pasan al estado de vapor, la presin dentro del espacio cerrado sobre el lquido aumenta, este aumento no es indefinido, y hay un valor de presin para el cual por cada molcula que logra escapar del lquido necesariamente regresa una de las gaseosas a l, por lo que se establece un equilibrio y la presin no sigue subiendo. Esta presin se conoce comopresin de vapor saturado.[footnoteRef:1]La presin de vapor saturado depende de dos factores: [1: Fsica. Presin de Vapor. ]

1. La naturaleza del lquido.2. La temperatura.Influencia de la temperaturaLa presin de vapor de saturacin crece con el aumento de la temperatura, de esta forma se coloca un lquido poco voltil como el agua en un recipiente y se calienta, se obtendr el mismo efecto del punto anterior, es decir una presin notable al destaparlo. La relacin entre la temperatura y la presin de vapor saturado de las sustancias, no es una lnea recta, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicar la presin, pero si se cumplir siempre, que para cada valor de temperatura, habr un valor fijo de presin de vapor saturado para cada lquido.La explicacin de este fenmeno se basa en el aumento de energa de las molculas al calentarse. Cuando un lquido se calienta, se le est suministrando energa. Esta energa se traduce en aumento de velocidad de las molculas que lo componen, lo que a su vez significa, que los choques entre ellas sern ms frecuentes y violentos. Es fcil darse cuenta entonces, que la cantidad de molculas que alcanzarn suficiente velocidad para pasar al estado gaseoso ser mucho mayor, y por tanto mayor tambin la presin.Ecuacin de Clausssius Clapeyron.Ecuacin de Clausius Clapeyron, tieen como relacin cuantitativa entre la presin de vapor de un lquido (mmHg) y la temperatura (K)Clausius introdujo esta modificacin de la ecuacin de Clapeyron luego de aproximadamente 30 aos con el fin de mejorar la versatilidad de la expresin.As pues, la ecuacin de Clapeyron puede expresarse en una forma aproximada conveniente cuando se trata de los equilibrios de vaporizacin y sublimacin. En estos casos, el volumen molar del gas () es mucho mayor que el de la fase condensada (),siendo puesprcticamente igual a ()[footnoteRef:2] [2: UNad. Leccin No. 5 - ECUACION DE CLAUSIUS - CLAPEYRON]

Para una sustancia pura, el estado de equilibrio entre la fase condensada y la fase gas, por ejemplo: slido - gas lquido - gasest dado por la ecuacin deClausius - Clapeyron:

Donde:DHcf= es la entalpa del cambio de fase. Generalmente se expresa encal/mol. Puede ser la entalpa de sublimacinDHso de vaporizacin,DHv.R = la constante universal del Gas Ideal. Generalmente se expresa comoR = 2 cal/mol K.P1y P2= son las presiones de vapor, de dos fases en equilibrio. Se pueden expresar en cualquier unidad de presin.T1y T2= son las temperaturas de equilibrio que corresponden a las presiones de vapor.Se expresan en K.

En el caso de contar con una serie de datos de presin y temperatura, es mejor utilizar la ecuacin deClausius - Clapeyron integrada sin lmites:

Esta frmula es la ecuacin de una recta de la forma:Y = - B X + A

Para aplicar esta frmula, es necesario obtener: Ellnde cada dato de presin. El inverso de la temperatura absoluta (K-1) de cada dato de temperatura. La regresin lineal.Ecuacin de Antonie.Es una correlacin emprica que relaciona la presin de vapor con la temperatura, es una ecuacin muy exacta y fcil de manejar, la cual est en funcin de constantes A, B y C.[footnoteRef:3] [3: Balance de masa y energa. 2005. Pg. 2]

Diagrama de Cox.La utilidad del diagrama de Cox radica en que las presiones de vapor de otras sustancias graficadas en este conjunto de coordenadas preparadas especialmente producen lneas rectas dentro de intervalos de temperatura amplios, lo que facilita la extrapolacin y la interpolacin de datos de presin de vapor. Se ha observado que las lneas as construidas para compuestos similares, como los hidrocarburos, convergen en un punto comn Como en el diagrama de Cox se obtienen lneas rectas, basta con dos conjuntos de datos de presin de vapor para obtener la informacin completa sobre la presin de vapor de una sustancia dentro de un intervalo de temperatura bastante amplio.[footnoteRef:4] [4: Balance de Materia y Energa. PRESIN DE VAPOR. CONCEPTOS PRINCIPALES. Pg. 6]

K=constante ebulloscpica del H2ORegla de Trouton.En 1884 , Trouton encontr que, para la mayora de lquidos, la relacin entre la energa molar de evaporizacin y la temperatura normal de ebullicin (Hv/Te) era aproximadamente 92J/Kmol. Se sabe que Hv/Te=Sv, es decir la relacin de Trouton es una medida del aumento del desorden al tomar 1 mol de partculas en el estado lquido y separarlas al estado gaseoso [footnoteRef:5] [5: Equilibrios entre slido, lquido y gas. Pg. 1 y 2]

Hv=KTbK=constante

METODOLOGA

PROCEDIMIENTOTabla1. Metanol.T (C) T (K) P(mmHg) (-)Po(mmHg)1/T Ln Pabs

41,6314,752852750,003177125,6167711

41,7314,852722880,003176125,66296048

41,9315,052483120,00317415,74300319

43,3316,452243360,003160065,81711116

44317,152093510,003153085,86078622

46,2319,351633970,003131365,98393628

46,5319,651474130,003128426,02344759

47,6320,751274330,003117696,07073773

48,6321,751044560,0031086,12249281

49322,15844760,003104146,16541785

49,6322,75734870,003098376,18826412

50,4323,55614990,003090716,2126061

51324,15465140,003084996,24222327

51,5324,65325280,003080246,26909628

52,7325,85155450,00306896,30078579

53,1326,25105500,003065136,30991828

53,3326,4575530,003063266,315358

53,6326,7505600,003060446,32793678

Grfica 1. Metanol. 1/T Vs LnPo

Tabla 2. Etanol.T (C) T(K)P (mmHg) (-) Po (mmHg)1/TLn(Po)

37,5310,652862740,003219065,61312811

40,1313,252832770,003192345,62401751

41,8314,952543060,003175115,7235851

42,5315,652433170,003168075,75890177

43,4316,552293310,003159065,80211838

44317,152183420,003153085,83481074

44,9318,052023580,003144165,88053299

45,2318,351094510,00314126,11146734

46,9320,051703900,003124515,96614674

47,7320,851504100,003116726,01615716

49,6322,751264340,003098376,07304453

49,9323,051174430,00309556,09356977

50,3323,451134470,003091676,10255859

51,3324,45984620,003082146,13556489

52,3325,45854750,003072676,1633148

53,4326,55724880,003062326,19031541

54,4327,55595010,003052976,2166061

55,1328,25515090,003046466,23244802

55,9329,05395210,003039056,25575004

56,8329,95385220,003030766,25766759

57,5330,65215390,003024356,28971557

58,3331,45135470,003017056,3044488

59332,1585520,003010696,31354805

60,9334,0505600,002993566,32793678

Grfico 2. Etanol. 1/T Vs Ln Po

Tabla 3. H2O destilada.T (C) T(K)P (mmHg) (-) Po (mmHg)1/TLn(Po)

27,7300,852862740,003323925,61312811

30,2303,352782820,003296525,64190707

31304,152553050,003287855,72031178

31,8304,952323280,003279235,79301361

32,4305,552183420,003272795,83481074

33306,152013590,003266375,88332239

34307,151823780,003255745,9348942

34,8307,951544060,003247286,00635316

35,7308,851464140,003237826,02586597

36,5309,651324280,003229456,0591232

37,6310,751164440,003218026,09582456

38311,151094510,003213886,11146734

38,8311,95954650,003205646,14203741

39,5312,65904700,003198466,15273269

41314,15714890,003183196,19236249

41,7314,85605000,003176126,2146081

42,7315,85515090,003166066,23244802

43316,15465140,003163066,24222327

44317,15385220,003153086,25766759

44,4317,55335270,003149116,26720055

45318,15285320,003143176,27664349

45,7318,85235370,003136276,28599809

46,7319,85205400,003126476,29156914

47,7320,85115490,003116726,30809844

48,5321,6575530,003108976,315358

49,3322,4505600,003101266,32793678

Grfico 3. H2O Des. 1/T Vs Ln Po

Tabla 4. Sacarosa.T (C) T(K)P (mmHg) (-) Po(mmHg)1/TLn(Po)

28,2301,352872730,00331845,6094718

29,1302,252323280,003308525,79301361

30303,152033570,00329875,87773578

32,1305,251663940,0032765,97635091

33,2306,351484120,003264246,02102335

33,5306,651374230,003261056,04737218

35308,151304300,003245176,06378521

36,1309,251124480,003233636,10479323

37,4310,551014590,003220096,12905021

38,7311,85924680,003206676,1484683

39312,15834770,003203596,16751649

39,7312,85764840,003196426,18208491

40313,15704900,003193366,19440539

41314,15624980,003183196,21060008

42,5315,65535070,003168076,228511

43316,15465140,003163066,24222327

43,8316,95415190,003155076,25190388

44,5317,65345260,003148126,26530121

44,7317,85305300,003146146,27287701

46,2319,35265340,003131366,28039584

47,2320,35195410,003121596,29341928

48,5321,65145460,003108976,30261898

49,4322,5595510,003100296,31173481

50,4323,5535570,003090716,32256524

50,8323,9505600,00308696,32793678

Grfico 4. Sacarosa. 1/T Vs Ln Po

Tabla 5. NaCl.T (C) T(K)P (mmHg) (-) Po(mmHg)1/TLn(Po)

27,6300,752533070,003325025,72684775

28301,152333270,00332065,78996017

28,8301,952233370,003311815,82008293

29,7302,852063540,003301965,86929691

30,5303,651873730,003293275,92157842

31,4304,551693910,003283535,96870756

32,5305,651514090,003271726,01371516

33,4306,551394210,003262116,04263283

34,9308,051234370,003246236,0799332

35,4308,551104500,003240976,10924758

36,6309,75984620,003228416,13556489

37,2310,35904700,003222176,15273269

37,8310,95844760,003215956,16541785

38,4311,55744860,003209766,18620862

39312,15724880,003203596,19031541

39,6312,75694910,003197446,19644413

40,4313,55624980,003189286,21060008

50323,15555050,003094546,22455843

41,6314,75515090,003177126,23244802

42,2315,35465140,003171086,24222327

42,7315,85405200,003166066,25382881

43,2316,35385220,003161066,25766759

43,8316,95345260,003155076,26530121

44,9318,05285320,003144166,27664349

45,3318,45265340,003140216,28039584

46,2319,35215390,003131366,28971557

46,5319,65195410,003128426,29341928

46,6319,75165440,003127446,29894925

47,8320,95105500,003115756,30991828

49,2322,3585520,003102226,31354805

50,1323,2545560,003093586,32076829

50,2323,3505600,003092626,32793678

Grfico 5. NaCl. 1/T Vs Ln Po

A partir de las anteriores grficas se obtiene que:

Metanol:

Etanol:

H2O Destilada:

Sacarosa:

NaCl

Para determinar la entalpia de vaporizacin de las diferentes sustancias, se utiliz la correlacin de Watson:

Donde,

Presin de vapor a 560 mmHg (Agua, Etanol o Metanol).Tb1= Temperatura de ebullicin exp.Tb2= Temperatura de ebullicin teo.Metanol:

Etanol:

H2O destilada.

Sacarosa.

NaCl

RESULTADOSCon los anteriores resultados de la correlacin de Watson, se puede obtener el error:Por lo tanto el porcentaje de error aplicando la siguiente ecuacin seria:

Sustanciahpa (J/mol)Hpb (J/mol)% error

metanol41448,4408561,42

etanol3464,93398,781,09

H2O Dest.3311,93133,095,39

sacarosa2406,72276,155,42

NaCl2221,012099,995,44

ANALISIS DE RESULTADOS Como se observa en la realizacin de los clculos, estos dependen de los valores de temperatura. Si los datos no hubiesen sido tomados con suficiente precisin, los resultados obtenidos en los clculos no sern muy precisos. Con respecto a las grficas, los datos obtenidos no quedaban en su mayora representados por una lnea recta, pero se observ que tendan a ella, por lo que se traz la linealizacin. El menor margen de error fue el del etanol, mientras que el de mayor error fue el NaCl, que se pudieron haber obtenido durante el manejo del montaje, o el escape de la presin ejercida inicialmente por la bomba de vaco o a su vez, la toma de las lecturas de la temperatura pudieron no ser muy precisas debido a fallas humanas, ya que esta variaba en gran magnitud junto con la presin.CONCLUSIONES.A partir de los datos y resultados obtenidos en la prctica se observa que la presin de vapor del agua crece proporcionalmente con la temperatura, lo cual quiere referenciar que entre ms aumente la temperatura, ms rpida es la evaporacin del lquido y, por lo tanto, se incrementa ms rpidamente la presin de vapor en forma exponencial.Partiendo del valor experimental obtenido para entalpa de vaporizacin y su comparacin con el valor terico a 760 mmHg de presin, podemos afirmar que esta variable disminuye al caer la presin contra la cual debe evaporarse el agua. Por lo tanto, en Bogot D.C se requiere de menos energa para evaporar un mol de agua que a nivel medio del mar.La transformacin del agua lquida a su estado gaseoso se empieza a generar antes del punto de ebullicin. Esto se observ durante la prctica y se puede concluir que para que ocurra evaporacin se necesita un aporte de energa apenas suficiente para que algunas de las molculas de agua logren pasar de la fase lquida a la fase gaseosa.BIBLIOGRAFA.(1) Fsica. Presin de Vapor. http://www.sabelotodo.org/fisica/presionvapor.html (2) UNad. Leccin No. 5 - ECUACION DE CLAUSIUS CLAPEYRON. Universidad Nacional Abierta y a Distancia,

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ANEXOS Preinforme