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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 = Patm + Pman = 506.1 mmHg + (-46mmHg)
Pabs = 460.1 mmHg
LogPabs = Log(460.1) = 2.663
Para T = 85°C + 273 = 358°K
Pabs = Patm + Pman = 506.1 mmHg + (-56mmHg)
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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