UNMSMFACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICALABORATORIO DE FISICOQUIMICA I“PRESION DE VAPOR”

PROF. ANIBAL FIGUEROA T.INTEGRANTES: RAMOS PUÑO, BRIAN KENYI 14070153 YARO BALTAZAR, JOSUE 14070054BLANCO ESPINOZA ANDERSON 14070123FECHA DE PRACTICA: 10/09/15FECHA DE ENTREGA: 16/09/15TURNO: JUEVES 8-11AMGRUPO: E-F

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INDICEI) INTRODUCCION………………………………………………3II) RESUMEN……………………………………………………….4III) PRINCIPIOS TEORICOS…………………………………….5IV) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………….8V) TABULACION DE DATOS Y RSULTADOS…………..9VI) CALCULOS Y EJEMPLOS DE CALCULOS……………11VII) DISCUSIÓN DE RESULTADOS…………………………..16VIII) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………….17IX) APENDICE- CUESTIONARIOS………………………………………….18- GRAFICOS…………………………………………………….20- HOJA DE DATOS……………………………………………21- OTROS…………………………………………………………~ 2 ~

X) BIBLIOGRAFIA………………………………………………….22

INTRODUCCIONMediante esta experiencia se pretende determinar la presión de vapor de los líquidos a temperaturas altas mayores que la ambiental mediante el método estático y, con ellas calcular el calor molar de vaporización.

El vapor es usado en un gran rango de industrias. Las aplicaciones más comunes para el vapor son procesos calentados por vapor en fábricas y plantas, y turbinas impulsadas por vapor en plantas eléctricas, pero el uso del vapor en la industria se extiende más allá de las antes mencionadas. Un ejemplo de su uso es que un número cada vez mayor de los hogares en el mundo cuentan con hornos que utilizan vapor para calentamiento. Este nuevo giro en el uso

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tradicional del vapor llamado el "evaporador" de alimentos para propósitos de cocción, se ha convertido en algo común para muchos hogares.Tantos esos hornos de vapor como cocinar con vapor normal son ejemplos de calentamiento directo, en los cuales el vapor entra en contacto con lo que se calienta. De manera similar a la utilizada en el hogar pero a una escala mucho mayor, el calentamiento con vapor se utiliza también ampliamente en aplicaciones industriales, tales como: Esterilización, Sanitización y en los procesos de Vulcanizado para productos de hule.

RESUMEN

A través de esta práctica se tuvo como objetivo estudiar la variación de la presión de vapor en el equilibrio con agua hirviendo y vapor, para ello utilizamos la ayuda de las alturas del mercurio a cada temperatura con intervalos de 1 grado. También se determinara el calor latente de vaporización a partir de la medida de su presión de vapor; las condiciones ambientales en nuestra practica fueron las siguientes: presión atmosférica de 756 mmHg, temperatura de 22 °C y porcentaje de humedad de 91.5%.

La presión de vapor de un líquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto crítico del líquido. Cuando se aumenta la temperatura es aumentada la porción de moléculas, estas toman la energía necesaria para hacer el cambio de líquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el líquido. Hay un acensó lento a bajas temperaturas, y luego uno muy rápido como puede observarse como aumento de la pendiente de las curvas. Esta variación de la presión de vapor con la

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temperatura se expresa matemáticamente con la ecuación de Clausius-Clapeyron.

Al hallar los calores latentes a cada temperatura con su respectivo presión de vapor pudimos sacar un error de 17% , ello gracias a nuestro datos teóricos. En general, gracias a las ecuaciones de clausius se puede hallar cualquier calor latente en base a la pendiente de Ln P vs 1/T ya que su ecuación tiene la forma de una ecuación de una recta. NO está de más mencionar que se debe ser muy cuidadoso al momento de marcar las alturas conforme la temperatura disminuye, esto va a intervenir en nuestro error .

PRINCIPIOS TEORICOS

Presión de Vapor:

Las moléculas en los líquidos no se encuentran en las posiciones rígidas de una red. Aun cuando carecen de la libertad total de las moléculas gaseosas, ellas están en constante movimiento. Debido a que los líquidos son más densos que los gases, el promedio de colisiones entre las moléculas es mucho mayor en la fase liquida que en la fase gaseosa. A cualquier temperatura dada, cierto número de moléculas en un líquido tiene la suficiente energía cinética para escapar desde la superficie. A este proceso se llama evaporación o vaporización. También llamada la presión de

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saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases líquidas y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado.

Calor Latente de Vaporización:

Para pasar de la fase líquida a la fase de vapor se necesita una absorción de energía por parte de las moléculas líquidas, ya que la energía total de éstas es menor que la de las moléculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensación, se produce un desprendimiento energético en forma de calor. El calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporización. Se suele denominar calor latente de vaporización cuando nos referimos a un mol.

El calor molar de vaporización se podría referir a un proceso termodinámico a volumen constante o a presión constante, y los designaremos por (ΔHv)v y (ΔHv)p. En el primer proceso, el intercambio calórico que entra en juego se invierte en vencer la fuerza de atracción del líquido y se suele denominar calor latente interno de vaporización molar.

En el proceso a presión constante, que se realiza en la práctica frente a una presión exterior, prácticamente, invariable hay que agregar a la energía interna la necesaria para verificar el cambio de volumen, y viene dado por P(Vv-Vl) siendo P la presión del vapor ;y Vv y VL, los volúmenes molares del vapor y del líquido, respectivamente.

Así pues, el calor molar de vaporización a presión constante vendrá dado por:

(∆ Hv ¿ p=(∆ Hv ) v+¿P(Vv-VL)

Como VV>>VL podemos consideras VL= 0, entonces seria (ΔHv)p = (ΔHv)v+ PVv, pero como PVv = RT considerando que cumple la ley de gases perfectos, nos queda :

(∆ Hv ) p=(∆ Hv ) v+RTY en el caso del calor molar de vaporización a volumen constante se tiene dado:

(∆ Hv ) v=32RT

Temperatura Crítica:

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Punto crítico, en física, punto de temperatura o presión que corresponde a un cambio en el estado físico de una sustancia. Durante el enfriamiento de una aleación metálica, el punto crítico se alcanza a la temperatura en que se produce una reorganización molecular que da lugar a una nueva forma de la sustancia; generalmente esta reorganización se ve acompañada por la absorción o cesión de calor. La temperatura crítica de un gas es la temperatura máxima de un gas en el que puede licuarse; la presión crítica es la presión necesaria para licuar el gas a esa temperatura. Algunos gases, como el helio, el hidrogeno o el nitrógeno, poseen temperaturas críticas muy bajas y tienen que ser enfriados intensivamente antes de poder ser licuados. Otros, como el amoniaco o el cloro, tienen temperaturas críticas elevadas y pueden licuarse a temperatura ambiente aplicando suficiente presión.Una tercera característica del punto crítico es el volumen crítico, que es el volumen que ocuparía un mol de gas a su temperatura y presión críticas. Estas tres cantidades, las temperaturas, presión y volumen críticos, se denominan conjuntamente constantes de una sustancia.

Variación de Presión de vapor con la Temperatura: Suponiendo que el valor obedece a la ecuación de los gases ideales y según la cual tomando como base una mol, Vᵥ=RT/P. Además, considero que cuando la temperatura está alejada del punto crítico, el volumen del líquido es muy pequeño en comparación con el volumen del vapor ( Vg>>VL), por la cual podría despreciarse.

dPP

=∆ HvRT2

dT

Que viene a ser la primera de las ecuaciones de clapeyron-clausius y se conoce como la ecuación aproximada. Luego integrando esta ecuación, sabemos que R es constante y suponiendo ∆H permanece constante en la variación de temperatura, tenemos:

LnP=−∆HvRT

+C

Que representa la segunda ecuación de clapeyron-clausis y en donde C es la constante de integración por haber integrado sin límites la ecuación primera.Ahora integrando entres límites de P y T, y asumiendo ∆H constante en el rango de temperatura de la experiencia:

ln (P2P1 )=∆ HvR x(T 2−T 1)T 2xT 1

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La presión de vapor también se puede expresar como la función de la temperatura mediante la integral de la ecuación primera:

LnP= AT

+BT+CT 2+DT 3+…

Donde A.B.C.D se ajustan para ls unidades de presión.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Método Estático:

En primer lugar instalamos el equipo(se encontró ya instalado), revisamos y verificamos el equipo instalado. Luego llenamos el matraz con agua destilada 1/3 de su volumen total, manteniendo la llave abierta al ambiente y calentamos el agua hasta el punto de ebullición (la temperatura no debe exceder de 100°C).A partir de 99°Canotamos las temperaturas y presiones manométricas hasta llegar a 80°C. Tomamos las lecturas con intervalos de 1°C.

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TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla #1: Condiciones de laboratorio

Presion Temperatura Humedad756 mmHg 22°C 91.5

Tabla #2: Datos experimentales

T(°K) h1 h2 h3=Pman

372.15 0 0 0371.15 8 10 18370.15 19 20 39369.16 29 30 59368.15 40 42 82

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367.15 52 54 106366.15 60 63 123365.15 71 73 144364.15 82 84 166363.15 93 95 189362.15 101 102 203361.15 110 111 221360.15 119 122 241359.15 126 128 254358.15 136 138 274357.15 143 145 288356.15 149 150 299355.15 155 158 313354.15 162 165 327353.15 168 172 340

Tabla #3: Datos teóricos

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Tabla #4: Resultados y % de error

Temperatura T−1 P vapor de agua Ln P ∆ Hv

372.15 0.0026871 756 6.628041 6241,971761

371.15 0.0026943 739 6.605298 8249.914385

370.15 0.0027016 717 6.575076 7681.004856

369,15 0.0027089 697 6.546785 9061.21987

368,15 0.0027163 674 6.513230 9737.938578

367.15 0.0027237 650 6.476972 7079,101133

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T(°K) Pvapor de agua Ln P ∆ H

372.15 733.24 6.597473 9,896.87

371.15 707.27 6.561412 9,903.64

370.15 682.07 6.525132 9,911.31

369,15 657.62 6.488627 9,920.14

368,15 633.9 6.451891 9,925.99

367.15 610.9 6.414933 9,933.11

366.15 588.6 6.377747 9,937.10

365.15 566.99 6.340342 9,942.52

364.15 546.05 6.302711 9,949.71

363.15 525.76 6.264845 9,959.05

362.15 506.1 6.226734 9,944.29

361.15 487.1 6.188469 9,951.84

360.15 468.7 6.149963 9,950.90

359,15 450.9 6.111246 9,987.57

358,15 433.62 6.072169 10,055.24

357,15 416.8 6.032606 10,019.56

356.15 400.6 5.992963 10,048.10

355.15 384.9 5.952984 10,069.61

354.15 369.7 5.912692 10,006.08

353.15 355.11 5.872428 10,018.98

∆ (Hv ) promedio=9962.97

366.15 0.0027311 633 6.450470 8962,916322

365.15 0.0027386 612 6.416732 9672,666129

364.15 0.0027461 590 6.380122 10448,30688

363.15 0.0027537 567 6.340359 6533,336616

362.15 0.0027613 553 6.315358 8599,777386

361.15 0.0027689 535 6.282267 9846,732238

360.15 0.0027766 515 6.244267 6571.026337

359,15 0.0027844 502 6.218600 10391,14491

358,15 0.0027921 482 6.177844 7491,682185

357,15 0.0027999 468 6.148468 6011,500559

356.15 0.0028078 457 6.124683 7819.755782

355.15 0.0028157 443 6.093569 8025,568355

354.15 0.0028237 429 6.061457 7647,072898

353.15 0.0028317 416 6.030685 11014,94∆ Hpromedio=¿8214,35

% ERROR: Calor latente

∆ Hvteorico=9962.97

%error = 9962.97−8214.359962.97 = 17.55%

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CALCULOS

1. Calculo de la Presión de vapor :

Pabs=Pman +Pvapor

Entonces la Pvapor = Pabs - Pman

Datos:

A una temperatura de 98°C

Pman = 18mmHg

Pabs = 756mmHg

Por lo tanto:

Pvapor= 756mmHg – 18mmHg= 739mmHg

Se procede de la misma forma con las demás temperaturas.

2. Calculo del calor molar de vaporización:

LnP=−(∆ Hv)RT

+C

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Pendiente de la gráfica = −(∆ Hv)R

=-4094.2857

R=1.987 cal⁄(mol.K)

Entonces:

-(∆Hv)/1.987=-4094.2857

∆Hv=8135.345714

3. Con los datos de presión de vapor y temperatura, construya una gráfica de ln P vs 1/T.

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4. Calcule el calor molar de vaporización de la muestra, empleando la ecuacion De Clausius-Clapeyron y los datos de la gráfica.

Mediante la ecuación de clausius-clapeyron tenemos:

dpdT

=∆ HV

(V g−V l )T=∆ HV

T ∆V…..(1)

Integrando, sin límites, se tiene:

lnP=−(∆ HV )RT

+C…..(2)

Integrando entre límites, y asumiendo ∆Hv constante en el rango de temperatura de la experiencia, la ecuación (2) se obtiene la segunda ecuación de Clausius-Clapeyron.

2.3 l og( P2P1 )=∆ HV

R (T 2−T 1T 2 . T1 )

Usando nuestros datos de la gráfica de LnP vs T−1 , tenemos:

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∆ Hv=ln( 739756 ) x1.987 x ( 371.15 x 372.15371.15−372.15 )∆ Hv=6241.971761

Así sucesivamente con los datos del gráfico, luego obtenemos el ΔH promedio:

ΔHv Promedio = 8214.349325

5. Establezca una expresión matemática de variación de la presión de vapor con la temperatura.

ln P=−ΔH v

R1T

+C

γ=mx+bDónde:

γ=lnP

m=−ΔH v

R; x= 1

T

b=cEntonces para hallar el valor de “C” usamos tres valores de temperatura y presión de vapor seguidos, así:

Ln(6.2442)= -(4094.2857x0.00278)+C1C1=13.21348Ln(6.2186)= -(4094.2857x0.00278)+C2C2=13.20966Ln(6.1779)= -(4094,2857x0.00280)+C3C3=13.28498

C=C1+C2+C33

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Entonces el valor de C es igual a:

C= 13.21348+13.20966+13.28498

3=13.23604

La expresión matemática es

LnP=−4094.2857T

+13.23604

DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

El calentamiento no debe exceder a 100ºC debido a que la presión de vapor máxima se alcanza cuando la sustancia (agua) llega a su punto crítico (ebullición), ya que si se supera esta temperatura será imposible mantener el equilibrio entre el vapor y el líquido por que le presión no podrá aumentar tan rápido como las moléculas que se van escapando.

La determinación del calor molar de vaporización se hace aprovechando a la dependencia que existe entre la presión de vapor del agua y la variación de la temperatura y así hallando la pendiente que vendría a ser ΔHv/R según la ecuación de Clapeyron-Clausius.

El calor molar de vaporización nos salió con un porcentaje de error alto debido a la inexactitud al momento de tomar el punto de ebullición, a la variación de las alturas en el manómetro de mercurio y al momento de sacar la tangente de la gráfica.

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CONCLUSIONES

La presión de vapor desciende o aumenta rápidamente directamente con la temperatura debido a que las moléculas se escapan de la fase líquida cuando se aumenta la temperatura y disminuyen cuando la temperatura baja.

La presión de vapor es independiente del volumen del espacio sobre el líquido y el volumen del líquido siempre y cuando estos existan.

Luego de hacer los cálculos se puede comprobar que conforme iba disminuyendo la temperatura a la cual se somete el líquido, más aumentaba presión manométrica pero disminuía la presión del vapor.

RECOMENDACIONES

Se debe retirar inmediatamente la cocinilla para evitar el sobrecalentamiento, ya que esto me eleva la temperatura y se tendría que esperar a que baje para tomar los cálculos a partir de 99°C hasta 80°C como dice la práctica.

Tenemos que tener en cuenta que al momento de marcar las alturas en el papel milimetrado al variar el manómetro debemos hacerlo de la manera más rápida posible ya que la temperatura sigue bajando.

Además al momento de retirar el papel milimetrado y comenzar a medir las diferencias de alturas debemos hacerlo con una regla milimetrada ya que el papel podría no estar calibrado.

Verificar que el sistema se encuentre instalado correctamente tanto la llave de doble vía como el tapón bihoradado y lo demás.

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APENDICE

Cuestionario:

1. Indique otros métodos para la determinación de presión de vapor.

Método de saturación gaseosa: se hace burbujear lentamente un volumen conocido de un gas inerte a través de un líquido, el cual se mantiene a temperatura constante en un termostato. La presión del vapor se calcula mediante una determinación de la cantidad de vapor contenida en el gas saliente o por la pérdida de peso del líquido.Método dinámico: Se mide la variación del punto de ebullición con la presión externa aplicada. La presión total sobre el líquido puede variarse y mantenerse a un valor dado mediante el uso de un balón de compensación de gran capacidad; entonces se mide esa presión con un manómetro de mercurio. El líquido objeto del estudio se calienta hasta que hierve; se mide la temperatura del vapor de reflujo con el fin de evitar los efectos de sobrecalentamiento. Método del isoteniscopio de smith y menzies: Un isoteniscopio es un aparato empleado para la medición de la presión de vapor de sustancias en fase líquida. El instrumento consta de un manómetro y de un recipiente en el cual se introduce la sustancia cuya presión de vapor se va a medir. La apertura del manómetro se conecta a un sensor de presión. Es necesario utilizar una célula de vacío para ajustar la presión del sistema y purificar la muestra.El isoteniscopio es particularmente útil para el intervalo de temperaturas entre 20 y 150 °C, y para presiones de vapor entre 1 y 100 kPa.

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2. Explique la relación entre el punto de ebullición de un líquido y su presión de vapor.

Consideremos ahora lo que ocurre cuando calentamos agua en un recipiente abierto. Cuando la temperatura del líquido aumenta hasta el punto en que su presión de vapor iguala a la presión atmosférica, la vaporización tiene lugar en todo el líquido porque todo el vapor que se forma escapa a la atmósfera. De esta manera, se forman burbujas de vapor en el líquido y suben a la superficie. Puesto que la vaporización ya no tiene lugar solamente en la superficie, se produce muy rápidamente. Esta es la condición que denominamos "ebullición", la temperatura a la que tiene lugar es el "punto de ebullición".

El punto de ebullición aumenta paralelamente a la presión exterior porque deben alcanzarse, mayores temperaturas antes que la presión de vapor iguale a la presión exterior. Por tanto, el punto de ebullición normal de un líquido es la temperatura a la que su presión de vapor es igual a 1 atm.

3. Defina los siguiente :

Vapor Saturado: es aquella presión en la cual el líquido y vapor se encuentran en equilibrio.

Punto de Ebullición: es aquel punto en el cual se produce una igualdad entre la presión del vapor y la presión del exterior.

Punto de Ebullición Normal: viene a ser aquella temperatura en la cual la presión de vapor es igual a 1 atm.

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Gráficos

Con los datos de la tabla de Ln P vs 1/T y mediante Excel tenemos:

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BIBLIOGRAFIA

Pons Muzzo,Gaston,”Fisico-quimica”,Primera ed.,Edit. Universo S.A. 1978

Maron S.,LandoJ.,”Fisicoquimica Fundamental “,1ra ed.,Ed. Lima

http://www.monografias.com/trabajos16/presion-liquido-puro/presion-liquido-puro.shtmlusa,Mexixo,2014.

Fisicoquímica de Atkins-6ta Edición

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