Laboratorio de Fisicoqumica

Laboratorio de Fisicoqumica2014

JUE12FQBUNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Per, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Departamento Acadmico de Fisicoqumica Laboratorio de Fisicoqumica B

Presin de Vapor

Profesor : Vctor Garca Villegas Horario : Jueves 17-20 horas Integrantes :Caldern Pizarro, Edward David 13170010

Fecha de realizacin : 5 de Junio del 2014Fecha de Entrega : 12 de Junio del 2014

Contenido

RESUMEN....2INTRODUCCIN...........3FUNDAMENTOS TEORICOS4MATERIALES Y REACTIVOS..5DETERMINACIN EXPERIMENTAL......6-7CLCULOS Y RESULTADOS7-12DISCUCIN DE RESULTADO......13CONCLUSIONES.14CUESTIONARIO.15-16BIBLIOGRAFA.17

I. RESUMEN

La experiencia de esta semana fue realizada a una presin de 756mmHg, una temperatura ambiente de 20C y 95% de humedad.El objetivo de la prctica fue determinar la presin de vapor de un lquido (en este caso del agua) a temperaturas mayores que la ambiental (de 99C bajando hasta 80C) usando el Mtodo Esttico, el cual consiste en medir, usando un manmetro de mercurio, las distintas presiones manomtricas que bamos obteniendo (las cuales variaron desde 58 a 324mmHg) mientras disminua la temperatura. Tambin calculamos el calor molar de vaporizacin del lquido mediante el uso de una grfica LnP vs 1/T y, tras recurrir al mtodo de mnimos cuadrados, pudimos hallar la pendiente de la grfica, la cual contena el valor solicitado, el cual fue 6904.43 cal/mol, obteniendo un error del 30.25% el cual ser explicado ms adelante.

II. INTRODUCCIN

La presin de vapor es la presin a la cual, la fase gaseosa y la fase lquida de un elemento se encuentran en equilibrio a determinada temperatura (extenderemos esta definicin en los fundamentos tericos).La presin de vapor posee una utilidad muy importante a nivel industrial puesto que muchas refineras requieren constantemente de operaciones de enfriamiento, recurriendo al vapor de agua para lograr este cometido, adems de usarlo en otros procesos, incluyendo tambin el hecho de controlar sus prdidas y si es posible, generar un reso de este y ahorrar gastos; a nivel ambiental tambin est presente como variable del ndice de peligrosidad de una sustancia (Presin de vapor / Concentracin mxima permitida), el cual nos indica si es factible el uso de determinada sustancia o sera un desperdicio debido a su posible volatilizacin.

III. FUNDAMENTOS TEORICOS

1.-Presin de vapor: Es la presin a la cual, ambas fases: lquida y vapor se encuentran en equilibrio, tambin se le conoce como presin de saturacin, es una propiedad intensiva, por ende, no depende de las cantidades de lquido o vapor, pero s depende de la temperatura.Cada lquido tiene una presin de vapor caracterstica a una temperatura dada, en el caso de las mezclas de lquidos y soluciones, la presin de vapor depende de la naturaleza y las proporciones relativas de la sustancia en la solucin a una temperatura dada. En la prctica solo consideramos sistemas de un solo componente, en los cuales el lquido y el vapor tienen la misma composicin y existe una presin para una temperatura fija.Se puede estimar por varios mtodos, entre ellos tenemos:-Para presiones no mayores a los 1500mmHg y no menores a 10mmHg: El mtodo de estimacin de Frost-Kalkwarf-Thodors (para compuestos orgnicos) y El mtodo de Riedel-Plank-Miller (para compuestos inorgnicos)-Para presiones que van desde los 1500mmHg hasta la presin crtica: El mtodo de estimacin reducida de Kirchhoff y de nuevo El mtodo de estimacin de Frost-Kalkwarf-ThodorsPara lo cual debemos saber las temperaturas y presiones crticas.

2.-Variacin del vapor con la temperatura: La presin de vapor de un lquido es directamente proporcional a la temperatura. Esta relacin se observa mediante la ecuacin de Clausius-Clapeyron:

Al graficar LnP vs 1/T podemos hallar el valor de usando la pendiente.Integrando con lmites y asumiendo constante en el rango de temperatura de la experiencia, se obtiene la segunda ecuacin de Clausius-Clapeyron. Esta ecuacin se puede usar para dos datos.

3.-Calor latente de vaporizacin: Es el calor necesario para cambiar el estado lquido a gaseoso por unidad de masa, normalmente a 1atm de presin. Se relaciona con el cambio de energa mediante:

Donde a presiones moderadas el V es el volumen del vapor formado, ya que el volumen del lquido puede despreciarse, el volumen del vapor puede calcularse mediante la ley del gas ideal nRT/P

IV. MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES.-Vasos de precipitadosTermo con tampn de corchoTermmetro digitalProbetaBalanza analticaAgitadorMatraz Erlenmeyer

REACTIVOS.-HCl a 0.8NBiftalato de K NaOH a 0.2 NFenoftaleina

V. DETERMINACIN EXPERIMENTAL:

1. Capacidad Calorfica del Calormetro.a Armamos el sistema como muestra la siguiente imagen.

Pera

Agitador

Termmetro

Corcho

Termo(aislante)

b Colocamos 100 mL de Agua en el termo, y el mismo volumen de agua helada (entre 3-6 C).c Tomamos las temperaturas exactas de ambas aguas, tanto en el termo, como el agua helada de la pera, e inmediatamente abrimos la llave de la pera y dejamos caer toda el agua helada, midiendo la temperatura cada 10 segundos, agitando constantemente, y parar cuando la temperatura tome un valor constante.

2. Calor de Neutralizacin de la solucin 0.2 N de NaOH con solucin 0.8N de HCl.

a En primer lugar procedimos a determinar las concentraciones exactas de ambas soluciones, valorando la base con biftalato de potasio y el cido con la base.b Luego procedimos a calcular los volmenes de las soluciones de hidrxido y cido necesarios para producir la neutralizacin, lo cual realizamos con un clculo sencillo al igualar Eq-g, tales que sumados den 200 mL.Nota: Cabe recalcar que usamos las concentraciones corregidas, halladas en la parte 2.a.c Secamos el termo, y colocamos en este el volumen de base calculados, y en la pera el volumen de cido.d Medimos las temperaturas exactas de ambas soluciones.e Dejamos caer el cido sobre la base, y procedemos a medir la temperatura con un intervalo de 10 seg., observamos que la reaccin es inmediata y que T es inmediata.

VI. CLCULOS Y RESULTADOS

DATOS EXPERIMENTALESPresinTemperaturaHumedad

756 mmHg- C- %

T (C)T (K)T-1PatmPmanPvapor de aguaLn P

99372.150.0026871756586986.5482

98371.150.0026943756666906.5367

97370.150.0027016756646926.5396

96369.150.0027089756926646.4983

95368.150.00271637561066506.4770

94367.150.00272377561266306.4457

93366.150.00273117561446126.4167

92365.150.00273867561585986.3936

91364.150.00274617561765806.3630

90363.150.00275377561905666.3386

89362.150.00276137562065506.3099

88361.150.00276897562225346.2804

87360.150.00277667562345226.2577

86359.150.00278447562485086.2305

85358.150.00279217562644926.1985

84357.150.00279997562764806.1738

83356.150.00280787562884686.1485

82355.150.00281577563004566.1225

81354.150.00282377563104466.1003

80353.150.00283177563244326.0684

Segn los datos tericos del handbook:T (C)T (K)T-1PmanLn P

99372.150.0026871733.246.5975

98371.150.0026943707.276.5614

97370.150.0027016682.076.5251

96369.150.0027089657.626.4886

95368.150.0027163633.906.4519

94367.150.0027237610.906.4149

93366.150.0027311588.606.3777

92365.150.0027386566.996.3403

91364.150.0027461546.056.3027

90363.150.0027537525.766.2648

89362.150.0027613506.16.2267

88361.150.0027689487.16.1885

87360.150.0027766468.76.1410

86359.150.0027844450.96.1112

85358.150.0027921433.66.0722

84357.150.0027999416.86.0326

83356.150.0028078400.65.9930

82355.150.0028157384.95.9530

81354.150.0028237369.75.9127

80353.150.0028317355.15.8724

GRAFICAS Siendo la siguiente grfica de tendencia exponencial de P y T :

CALCULOS

Para el clculo de la entalpia o calor de vaporizacin experimental por el mtodo grafico se encontr de la siguiente manera:

Dnde:m es la pendienteR es la constante universalUsamos los siguientes datos:

Reemplazando:

Para poder encontrar la entalpia o calor de vaporizacin terico con la informacin ya brindada por el handbook:

Usamos los siguientes datos:

Reemplazando:

HTEORICO (cal/mol)EXPERIMENTAL (cal/mol)ERROR %

Mtodo grafico9898.246904.4330.25%

DISCUSIN DE RESULTADOS

1. Determinacin de las temperaturas de equilibrio.En esta parte del informe Realizamos la grficas Temperatura vs Tiempo, tanto para la determinacin de la Capacidad Calorfica del Calormetro, como para la determinacin del calor de reaccin.

En el grfico 1 ( Determinacin de la capacidad calorfica del Calormetro), podemos observar que al mezclar el agua helada con el agua caliente, la temperatura va disminuyendo de a pocos, tal que al transcurrir unos 30 s. podemos asegurar que ha llegado a la temperatura de equilibrio la cul es de 13C.

En cuanto a la grfica 2( Determincacin del calor de Rxn.), podemos ver que pasados 10s. la temperatura se mantiene constante, habiendo aumentado de 20 C a 22C( Temperatura de equilibrio), esto es muy sencillo de explicar ya que cuando un cido fuerte se neutraliza con cido fuerte, el pH experimenta una brusca variacin justamente en el punto de equivalencia, y esto hace que la reaccin sea inmediata. 2. Capacidad calorfica del del Calormetro

Una vez hallada la temperatura de equilibrio, vamos a proceder a calcular la Capacidad calorfica del calormetro, mediante el balance de calor, cabe recalcar que el valor hallado puede presentar algunos pequeos errores, ya que utilizamos el termmetro digital, el cual es un poco menos exacto (segn el profesor).

3. Capacidad Calorfica de todo el sistema(Csist) incluyendo el agua heladaEn esta parte hallamos Csist. El cul considera la masa total del agua ( 200g.), porque es la cantidad contenida y usada por el calormetro.

1. Para la reaccin Qumica(Neutralizacin): Calor liberado por cada mol de agua producida.Lo primero que hacemos al momento de querer saber el Calor de reaccin, es corregir las normalidades tanto del cido como de la base, antes que todo debamos saber que masa de Biftalato usar, por lo que asumimos que queramos gastar unos 10 mL de NaOH, y con ello hallamos la masa aprox. De Biftalato que se requera pesar.Hallamos que deberamos pesar 0.40844g. de Biftalato; sin embargo, pesamos 0.4028g., lo cual no importaba ya que la masa solo es aproximada, porque la normalidad considerada para el clculo tambin es aprox., luego al titular podimos hallar recin la Normalidad corregida del NaOH.Luego, debamos de hallar la normalidad corregida del HCl, y teniendo en consideracin que las concentraciones del cido, como de la base eran 0.8 y 0.2 aprox. Partimos de 3 mL de cido, luego titulamos esta cantidad, dndonos as na Normalidad corregida del cido.Finalmente, calculamos la cantidad necesario de cido y base para que ocurra la rxn. Tal que den 200mL, y con ello pudimos hallar el Calor de reaccin el cual nos dio un valor de 13473 Cal/C , pero como sabemos es una rxn. De Neutralizacin, por lo tanto es una reaccin exotrmica, la Entalpia de reaccin ser -13473 Cal/C. Cabe mencionar que uno de los errores en el cual pudimos caer fue en mal manejo de los instrumentos, principalmente el termmetro, instrumento con el cual tena defectos, y podemos observar en un clculo posterior en el cul hallamos en base a las entalpias, un error por defecto de 0.015%.

CONCLUSIONES

El Calor es una forma de energa que se transfiere entre dos sistemas( Agua fra y helada) debido al cambio de temperatura El calor de neutralizacin es numricamente igual a la entalpia de neutralizacin El cambio de temperatura cuando se mezcla el cido y la base es inmediata. El cambio de T despus de la rxn permanece constante, o sea, en el equilibrio. El calor de neutralizacin de un sistema cido-base fuerte, depende de la naturaleza del cido y de la base, as como de la temperatura, y concentracin.

CUESTIONARIO

1- Explique la relacin entre punto de ebullicin de un lquido y su presin de vapor.El punto de ebullicin se define como: El valor de la temperatura a la cual la presin de vapor saturado de un lquido cualquiera alcanza la presin a la cual est sometido.Para explicar esto a detalle, imaginemos que tenemos un lquido en un recipiente abierto, cuya presin de vapor a cierta temperatura es menor que la presin atmosfrica (presin a la cual sometemos al lquido), la cantidad de molculas que adopten el estado gaseoso y abandonen el recipiente ser muy poca, debido al constante choque entre ellas, generando una evaporacin lenta, lo cual, a medida que aumenta la temperatura, aumentan la cantidad de molculas que abandonan el recipiente, incrementando la evaporacin, yendo a la definicin previa, cuando la temperatura del sistema llega a un punto en el cual la presin de vapor y la presin que lo rodea son iguales, la evaporacin se produce en todo el lquido, por lo cual afirmamos que ha llegado al punto de ebullicin.

2. VAPOR SATURADOEs el vapor a la temperatura de ebullicin, es decir el que se desprende cuando el lquido hierve y este se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporizacin del agua es igual al PUNTO DE EBULLICIONTemperatura a la cual se produce la transicin de la fase lquida a la gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presin fija, el proceso de ebullicin o de vaporizacin ocurre a una sola temperatura; conforme se aade calor la temperatura permanece constante hasta que todo el lquido ha hervido, y dentro de las propiedades fisicoqumicas termina siendo una propiedad intensiva ya que no depende de la masa de sustancia que tengas.PUNTO DE EBULLICION NORMALEl punto normal de ebullicin se define como el punto de ebullicin a una presin total aplicada de 101.325 kilopascales (1 atm); es decir, la temperatura a la cual la presin de vapor del lquido es igual a una atmsfera.

BIBLIOGRAFA

PONZ MUZZO GASTON Tratado de Qumica Fsica 2da edicin 1985.

www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico1.pdf http://www.mcgraw-hill.es/bcv/tabla_periodica/defi/definicion_punto_ebullicion.html http://www.mcgraw-hill.es/bcv/tabla_periodica/defi/definicion_punto_ebullicion.html http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_termo/conserv_energia_calor2k1.pd

UNMSMPgina 1