presión de vapor

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA AI TERMOQUÍMICA

Tabla de contenido

I. INTRODUCCION.........................................................................................................2

II. RESUMEN....................................................................................................................3

III. PRINCIPIOS TEÓRICOS..............................................................................................4

IV. DETALLES EXPERIMENTALES................................................................................7

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL........................................................................7

VI. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES........................8

VII. CÁLCULOS.................................................................................................................11

VIII. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS.........................................................16

IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................................................16

X. BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................................17

XI. ANEXOS......................................................................................................................18

1


I. INTRODUCCION

Todos los sólidos y líquidos producen vapores consistentes en átomos o moléculas que se han evaporado de sus formas condensadas. Si la sustancia, sólida o líquida, ocupa una parte de un recipiente cerrado, las moléculas que escapan no se pueden difundir ilimitadamente sino que se acumulan en el espacio libre por encima de la superficie del sólido o el líquido, y se establece un equilibrio dinámico entre los átomos y las moléculas que escapan del líquido o sólido y las que vuelven a él. La presión correspondiente a este equilibrio es la presión de vapor y depende sólo de la naturaleza del líquido o el sólido y de la temperatura. Cualquier líquido en un recipiente abierto, hierve cuando es calentado a un nivel tal que su presión de vapor es la presión atmosférica. Inversamente, un líquido no hierve mientras que su presión de vapor es menor que dicha presión. La presión de vapor también se da a conocer a nivel industrial como en las plantas productoras de petroquímicos y refinerías, que requieren de muchos servicios como: vapor de agua (enfriamiento, servicio, proceso), energía eléctrica; para ello estas plantas necesitan grandes sistemas de transformación de energía, y redes de distribución de varios kilómetros, en las cuales se incurre en pérdidas de energía. Para lo que es necesario usar expresiones matemáticas para calcular dichas pérdidas.En la generación del vapor las plantas que lo generan, están formadas por dos o tres niveles de presión, los cuales son distribuidos según su uso o según la magnitud de la presión del vapor, de esta forma: para los bloques de generación eléctrica, turbinas para accionar bombas y compresores de plantas de procesos se usa el vapor de mayor presión; para turbogeneradores eléctricos y grandes turbocompresores, se usa por lo general extracciones de vapor media. Es así que este tema abarca mucho más de lo que conocemos.

2

http://www.ecured.cu/Presi%C3%B3n

http://www.ecured.cu/Energ%C3%ADa

http://www.ecured.cu/Agua

http://www.ecured.cu/index.php?title=Refiner%C3%ADa&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/L%C3%ADquido

http://www.ecured.cu/S%C3%B3lido


II. RESUMEN

El siguiente trabajo se centra en el estudio de la termoquímica en el cual se tratara de determinar el cambio térmico de las reacciones. Pero para eso lo primero que haremos será determinarla capacidad calorífica del sistema.Luego en segundo lugar se determinara el calor de neutralización entre el hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico, para lo cual será necesario corregir sus concentraciones y luego hallar sus volúmenes proporcionales, para la neutralización. Por último hallaremos el calor de reacción que se produce entre el sulfato de cobre con el zinc metálico. Para el desarrollo de las tres partes de la experiencia, se necesitara de un dato importante que es la temperatura de equilibrio.

3


III. PRINCIPIOS TEÓRICOS

La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el sólido o líquido se hallan en equilibrio con su vapor.Los vapores y los gases, tienden a ocupar el mayor volumen posible y ejercen así sobre las paredes de los recintos que los contienen, una presión también llamada, fuerza elástica o tensión. Para determinar un valor sobre esta presión se divide la fuerza total por la superficie en contacto.

La regla de fases establece que la presión del vapor de un líquido puro es función única de la temperatura de saturación. Vemos pues que la presión de vapor en la mayoría de los casos se puede expresar como

Pv = f (T)La cual podría estar relacionada con cualquier otra propiedad intensiva de un líquido saturado (o vapor), pero es mucho mejor relacionarla directamente con la temperatura de saturación.

FACTORES DE QUE DEPENDE LA PRESION DE VAPOR

Naturaleza del líquido . El valor de la presión de vapor saturado de un líquido, da una idea clara de su volatilidad.Los líquidos más volátiles (éter, gasolina, acetona etc.) tienen una presión de vapor saturado más alta, por lo que este tipo de líquidos, confinados en un recipiente cerrado, mantendrán a la misma temperatura, un presión mayor que otros menos volátiles. Eso explica porqué, a temperatura ambiente en verano, cuando destapamos un recipiente con gasolina, notamos que hay una presión considerable en el interior, mientras que si el líquido es por ejemplo; agua, cuya presión de vapor saturado es más baja, apenas lo notamos cuando se destapa el recipiente. Si un soluto es no volátil la presión de vapor de su disolución es menor que la del disolvente puro. Así que la relación entre la presión de vapor y presión de vapor del

4

http://www.ecured.cu/Agua


http://www.ecured.cu/Temperatura


http://www.ecured.cu/Acetona

http://www.ecured.cu/Gasolina

http://www.ecured.cu/%C3%89teres


disolvente depende de la concentración del soluto en la disolución. Esta relación está dada por la ley de Raoult, que establece que la presión parcial de un disolvente sobre una disolución está dada por la presión de vapor del disolvente puro, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución.

Influencia de la temperatura . La presión de vapor en los líquidos crece rápidamente al aumentar la temperatura; así, cuando la presión de vapor es igual a 1 atmósfera, el líquido se encuentra en su punto de ebullición ya que el vapor, al vencer la presión exterior, se puede formar en toda la masa del líquido y no sólo en su superficie. La relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias, no es una línea recta, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicará la presión, pero si se cumplirá siempre, que para cada valor de temperatura, habrá un valor fijo de presión de vapor saturado para cada líquido. La explicación de este fenómeno se basa en el aumento de energía de las moléculas al calentarse. Cuando un líquido se calienta, estamos suministrándole energía. Esta energía se traduce en aumento de velocidad de las moléculas que lo componen, lo que a su vez significa, que los choques entre ellas serán más frecuentes y violentos. Es fácil darse cuenta entonces, que la cantidad de moléculas que alcanzarán suficiente velocidad para pasar al estado gaseoso será mucho mayor, y por tanto mayor también la presión.

Cuando se alcanza la condición que son idénticas las velocidades de evaporación y de condensación, se establece un equilibrio dinámico y la presión de vapor permanece constante, desde que la formación de una nueva cantidad de vapor se compensara por la condensación de otra cantidad exactamente igual del vapor. La presión ejercida por el vapor en tal condición de equilibrio, se llama la tensión de vapor del líquido. Todos los materiales, sean líquidos o sólidos, presentan tensiones de vapor definidas, con valores grandes, pequeños o muy pequeños, cualquiera que sea la temperatura de la sustancia.La magnitud de la tensión de vapor no depende de las cantidades del líquido y del vapor. Esto proviene del hecho de que tanto la velocidad de pérdida como la velocidad de ganancia de moléculas por el líquido son directamente proporcionales al área expuesta al vapor. El factor más importante que determina la magnitud de la presión de vapor al equilibrio o tensión de vapor del líquido, lo constituye la propia naturaleza del líquido.

5


http://www.ecured.cu/Atm%C3%B3sfera


http://www.ecured.cu/Ley_de_Raoult


ECUACIÓN DE CLAPEYRON Se sabe que para cualquier sustancia su tensión de vapor aumenta con la temperatura, mostrándose esta variación por una curva de pendiente no constante sino cada vez mas empinada. La temperatura más alta hasta la cual se puede medir la tensión de vapor de un líquido es la temperatura critica, desde que el líquido no puede existir más arriba de esta temperatura. El límite más abajo es el punto de congelación del líquido.CLAPEYRON en 1834, fue quien obtuvo primero la ecuación termodinámica que relaciona la tensión de vapor de una sustancia con la variación de la temperatura.

dPdT

=∆ HV

T (V g−V l)=∆ HV

T ∆V

Si se asume que Vl es despreciable en comparación con Vg y que Vg = RT/P y ΔH es constante, redondeando términos se tiene la siguiente ecuación:

dPP

=∆ HV

RT 2 dT

Integrando se tiene:

LnP=∆HV

RT+C

6


IV. DETALLES EXPERIMENTALES

MATERIALES

Equipo para determinar presión de vapor por el método estático, consiste de un matraz con tapón bihoradado, termómetro, manómetro, llave de doble vía, cocinilla.

REACTIVOS

Agua destilada.

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A) METODO ESTÁTICO. Primero verificamos que el equipo haya estado instalado correctamente. Luego el papel milimetrado lo colocamos detrás del manómetro para poder

marcar la variación de las alturas en ambas ramas. Antes verificamos que el mercurio de ambas ramas estén niveladas.

De ahí con la cocinilla pusimos a calentar el agua hasta ebullición, la temperatura no debía exceder los 100°C.

Retiramos inmediatamente la cocinilla para evitar sobrecalentamiento y seguidamente invertimos la posición de la llave, de forma que el manómetro quede conectado con el balón.

A partir de los 99°C anotamos las temperaturas y presiones manométricas hasta llegar a 80°C. Tomamos su lectura en intervalos de 1°C. Y vemos que el vapor empieza a condesarse debido al enfriamiento del matraz y se crea un ligero vacio dentro de él, por lo que la columna conectada al balón empezó a subir, mientras que la abierta al ambiente comenzó a bajar.

Terminado el experimento cerramos la llave que conectaba el manómetro con el balón, ya que de esa forma evitamos que el mercurio siga subiendo y pase al balón.

7


VI. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES Y TEÓRICOS

A) TABLA N°1: CONDICIONES DE LABORATORIO

B) TABLA N°2: DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS EN LABORATORIO.

T(°C) HSUBE (mm) HBAJA (mm) HTOTAL (mm)99 0 0 098 14 15 2997 31 30 6196 41 47 8895 56 57 11394 68 69 13793 76 76 15292 86 86 17291 96 96 19290 106 105 21189 116 115 23188 124 122 24687 132 132 26486 140 139.5 279.585 148 147 29584 156 155 31183 161 161 32282 168 167 33581 175 176 35180 181 180 361

8

CONDICIONES DE LABORATORIOP(mmHg) 756 mmHgT(°C) 23°C%HR 98%


C) TABLA N°3: PRESION DE VAPOR EXPERIMENTAL.

T(K) 1/T (K-1) PMAN (mmHg) PABS.EXP (mmHg) Ln P372 2.668 x10-3 0 756 6.628371 2.695 x10-3 29 727 6.589370 2.703 x10-3 61 695 6.544369 2.710 x10-3 88 668 6.504368 2.717 x10-3 113 643 6.466367 2.725 x10-3 137 619 6.428366 2.732 x10-3 152 604 6.404365 2.740 x10-3 172 584 6.370364 2.747 x10-3 192 564 6.335363 2.755 x10-3 211 545 6.301362 2.762 x10-3 231 525 6.263361 2.770 x10-3 246 510 6.234360 2.778 x10-3 264 492 6.198359 2.786 x10-3 279.5 476.5 6.166358 2.793 x10-3 295 461 6.133357 2.801 x10-3 311 445 6.098356 2.809 x10-3 322 434 6.073355 2.817 x10-3 335 421 6.043354 2.825 x10-3 351 405 6.004353 2.833 x10-3 361 395 5.979

TABLA DE DATOS TEÓRICOS

D) TABLA N°4: PRESIÓN DE VAPOR TEÓRICO.

T(K) 1/T (K-1) PABS.TEORICA

(mmHg)Ln P

372 2.668 x10-3 733.24 6.628371 2.695 x10-3 707.27 6.589370 2.703 x10-3 682.07 6.544369 2.710 x10-3 657.62 6.504368 2.717 x10-3 633.90 6.466367 2.725 x10-3 610.90 6.428366 2.732 x10-3 588.60 6.404365 2.740 x10-3 566.99 6.370364 2.747 x10-3 546.05 6.335363 2.755 x10-3 525.76 6.301362 2.762 x10-3 506.1 6.263361 2.770 x10-3 487.1 6.234

9


360 2.778 x10-3 468.7 6.198359 2.786 x10-3 450.9 6.166358 2.793 x10-3 433.6 6.133357 2.801 x10-3 416.8 6.098356 2.809 x10-3 400.6 6.073355 2.817 x10-3 384.9 6.043354 2.825 x10-3 369.7 6.004353 2.833 x10-3 355.1 5.979

TABLAS DE RESULTADOS Y % DE ERROR DEL TRABAJO DE LABORATORIO

MÉTODO ANALITICOΔHv (experimental) 8,946 kcal/molKΔHv (teórico) 9,956 kcal/molK% de error 10,14%

MÉTODO GRAFICOΔHv (experimental) 8,817 kcal/molKΔHv (teórico) 9,954 kcal/molK% de error 11,42%

10


VII. CÁLCULOS

1. Determinación de la presión de vapor experimental del agua.

Se tiene: Pv=Pabs=Patm−Pman

Donde: Pv: Presión de vapor. Pabs: Presión absoluta. Patm: Presión atmosférica = 756 mmHg Pman: Presión manométrica = Htotal. Ejemplo de cálculo:

Pv=756mmHg−29mmHg

Pv=727mmHg

2. Calcule el calor molar de vaporización de la muestra, empleando la ecuación de Clausius – Clapeyron y los datos de la grafica.

METODO ANALITICO Ecuación de Clausius – Clapeyron:

2,3 log( P2

P1)= ∆HvR (T 2−T 1

T 2T 1)

∆ Hv=( T 2T 1

T 2−T 1)2,3RLog( P2

P1)

∆ Hv=( T 2T 1

T 2−T 1)RLn( P2

P1)

Ejemplo de cálculo: Para T2 = 370K y T1 = 371K

∆ Hv2=( 370K ×371 K370K−371K )×1,987 cal

molK× ln( 695

727 )

11


∆ Hv 2=12,278 kcalmolK

Reemplazando los demás valores de la TABLA N°3 en la ecuación, se obtiene los siguientes valores:

T1 y T2 (K) P1 Y P2 (mmHg) ΔHvexp

(kcal/molK)372 y 371 756 y 727 10,726371 y 370 727 y 695 12,278370 y 369 695 y 668 10,749369 y 368 668 y 643 10,292368 y 367 643 y 619 10,208367 y 366 619 y 604 6,547366 y 365 604 y 584 8,938365 y 364 584 y 564 9,199364 y 363 564 y 545 8,997363 y 362 545 y 525 9,762362 y 361 525 y 510 7,527361 y 360 510 y 492 9,279360 y 359 492 y 476,5 8,220359 y 358 476,5 y 461 8,445358 y 357 461 y 445 8,970357 y 356 445 y 434 6,321356 y 355 434 y 421 7,637355 y 354 421 y 405 9,675354 y 353 405 y 395 6,208

De esa forma: ∆Hv exp=8,946 kcalmolK

MÉTODO GRÁFICO A partir de la grafica de LnP vs 1/T de los datos experimentales y de la siguiente ecuación.

ln (P )=(∆ HvR )× 1T

+C

Donde la pendiente toma el valor de 4437,369 K, entonces:∆HvR

=4437,369K

∆Hv=4437,369K ×1,987 calmolK

12


∆ Hv exp=8,817 kcalmol

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

Sea la ecuación:

ln (P )=(∆ HvR )× 1T

+C

De esa manera la ecuación seria:

ln (P )=4437,37× 1T

+18,5322

4. Para poder calcular el porcentaje de error que hay en el calor molar de vaporización, analizaremos ahora los datos teóricos de la TABLA N°4 aplicando los siguientes métodos.

METODO ANALITICO Ecuación de Clausius – Clapeyron:

2,3 log( P2

P1)= ∆HvR (T 2−T 1

T 2T 1)

∆ Hv=( T 2T 1

T 2−T 1)2,3RLog( P2

P1)

∆H v=( T 2T 1

T 2−T 1)RLn (P2

P1)

Ejemplo de cálculo: Para T2 = 370K y T1 = 371K

∆Hv 1=( 371K×372K371K−372K )×1,987 cal

molK×ln( 707,27

733,24 )

∆ Hv1=9,889 kcalmolK

13


De esa manera se obtiene los otros calores de vaporización teóricas:

T1 y T2 (K) P1 Y P2 (mmHg) ΔHvTEORICO

(kcal/molK)372 y 371 733,24 y 707,27 9,889371 y 370 707,27 y 682,07 9,896370 y 369 682,07 y 657,62 9,903369 y 368 657,62 y 633,9 9,912368 y 367 633,9 y 610,9 9,918367 y 366 610,9 y 588,6 9,925366 y 365 588,6 y 566,99 9,929365 y 364 566,99 y 546,05 9,934364 y 363 546,05 y 525,76 9,942363 y 362 525,76 y 506,1 9,951362 y 361 506,1 y 487,1 9,936361 y 360 487,1 y 468,7 9,944360 y 359 468,7 y 450,9 9,943359 y 358 450,9 y 433,6 9,991358 y 357 433,6 y 416,8 10,035357 y 356 416,8 y 400,6 10,011356 y 355 400,6 y 384,9 10,040355 y 354 384,9 y 369,7 10,061354 y 353 369,7 y 355,1 10,005

De esa forma: ∆Hv teórico=9,956 kcalmolK

MÉTODO GRÁFICO A partir de la grafica de LnP vs 1/T de los datos teoricos y de la siguiente ecuación.

ln (P )=(∆ HvR )× 1T

+C

Donde la pendiente toma el valor de 5009,715 K, entonces:∆ HvR

=5009,715

14


∆Hv=5009,715K×1,987 calmolK

∆ Hv teórico=9,954 kcalmol

% DE ERROR DEL CALOR MOLAR DE VAPORIZACIÓN POR EL MÉTODO ANALÍTICO:

%Error (∆Hv )=|8,946−9,9569,956 |×100%

%Error (∆ Hv )=10,14 %

% DE ERROR DEL CALOR MOLAR DE VAPORIZACIÓN POR EL MÉTODO GRÁFICO:

%Error (∆ Hv )=|8,817−9,9549,954 |×100 %

%Error (∆ Hv )=11,42%

15


VIII. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

La efectividad de utilizar el método analítico (en el cual se utiliza la ecuación de Clausius – Clapeyron) frente al método grafico, para el cálculo del calor molar de vaporización, quedo demostrada gracias a los porcentajes de error que presentaron cada uno.

Vemos que los errores que denotaron los resultados no son tan bajos, debido a diversos factores que alteraron la forma de medir la variación altura, como: el no encontrarse perfectamente niveladas las ramas del manómetro, la falta de precisión al momento de marcar la altura variada.

IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se demostró la eficiencia de la ecuación de Clausius – Clapeyron para hallar el calor molar de vaporización frente al método por gráficos.

Presenciamos la gran utilidad de aplicar el método estático con fines de relacionar la presión de vapor a medida que empieza a variar la temperatura.

No olvidar de cerrar la llave que conecta el manómetro con el balón, de esa forma evitaremos que el mercurio ingrese y se mezcle con el agua.

Evitar que el agua sobrepase los 100°C, motivo por el cual debemos apagar y alejar la cocinilla cuando ya esté por los 99°C.

16


X. BIBLIOGRAFÍA

LIBROS: Atkins P.W., “Fisicoquímica”, 2da ed., Addison Wesley, Iberoamerican, México. Raymond chang, Kenneth A. Goldsby, “Química”, 11va ed., editorial - McGraw Hill.

PAGINAS WEB: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/presiondevapor/

presiondevapor.html 07/05/16 http://www.ecured.cu/Presi%C3%B3n_de_vapor 07/05/16 https://puraquimicaulaciencias.files.wordpress.com/2013/05/experimentos-de-

fisicoquc3admica-shoemaker-practica-presion-de-vapor-liquido-puro.pdf 07/05/16 http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c123/clausius.html 07/05/16

17

http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c123/clausius.html

https://puraquimicaulaciencias.files.wordpress.com/2013/05/experimentos-de-fisicoquc3admica-shoemaker-practica-presion-de-vapor-liquido-puro.pdf

https://puraquimicaulaciencias.files.wordpress.com/2013/05/experimentos-de-fisicoquc3admica-shoemaker-practica-presion-de-vapor-liquido-puro.pdf

http://www.ecured.cu/Presi%C3%B3n_de_vapor

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/presiondevapor/presiondevapor.html

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/presiondevapor/presiondevapor.html


XI. ANEXOS

CUESTIONARIO

a) Analice la relación que existe entre los valores del calor molar de vaporización y la naturaleza de la sustancias.

Vemos que el calor molar de vaporización es el calor que necesita el líquido para pasar a estado gaseoso por cada gramo de sustancia, que normalmente obtenemos a 1 atm de presión, solemos decir calor molar de vaporización cuando nos referimos a un mol de sustancia.El calor molar de vaporización es función del peso molecular de una sustancia y de la fuerza de atracción entre sus moléculas; a menor peso molecular, menor es el calor necesario para cambiar del estado líquido al gaseoso, a mayor fuerza de atracción entre las moléculas de una sustancia mayor es el calor requerido para el cambio de estado. Es por ello que el calor molar de vaporización va enlazado con la naturaleza de las sustancias prueba de ello son las quemaduras causadas por vapor de agua a 100 ºC son más peligrosas que las causadas por agua líquida a 100 ºC, porque la cantidad de calor que comunican es mayor debido a la condensación del vapor.

b) Explique el método de saturación gaseosa para determinar la presión de vapor de los líquidos.

Hemos visto que se puede disponer de varios métodos para la determinación de la presión de vapor de un líquido en función de la temperatura, entre los cuales está el método estático. También se puede mencionar al método de saturación gaseosa, que consiste en hacer burbujear lentamente un volumen conocido de un gas inerte a través del líquido, el cual se mantiene a temperatura constante en un termostato. De ahí la presión de vapor se calcula mediante una determinación de la cantidad de vapor contenida en el gas saliente o por la pérdida de peso del líquido.

18


GRÁFICOS

RESPECTO A LAS PRESIONES EXPERIMENTALES.

0.00268 0.0027 0.00272 0.00274 0.00276 0.00278 0.0028 0.00282 0.002845.9

6

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

f(x) = − 4437.36900990091 x + 18.5321872881248

Ln(P) vs 1/T

1/T

Ln(P)

RESPECTO A LAS PRESIONES TEÓRICAS.

0.00268 0.0027 0.00272 0.00274 0.00276 0.00278 0.0028 0.00282 0.002845.85

5.95

6.05

6.15

6.25

6.35

6.45

6.55 f(x) = − 5009.71508879087 x + 20.06526680692

Ln(P) VS 1/T

1/T

Ln(P)

19

Documents

presión de vapor