INTRODUCCIÓN

En esta práctica se realizó la determinación de la presión de vapor de

líquidos. Se utilizó la ecuación de Clausius Clapeyron para expresar

matemáticamente la variación de la presión del vapor con la temperatura, y

así mismo se graficaron nuestros datos.

FUNDAMENTO TEÓRICO

1. Presión de vapor

Es una de las propiedades más importante y útil de los líquidos, de algunos sólidos y de

las disoluciones líquidas a las condiciones que predominan en nuestro entorno

ecológico. La propiedad en estudio es una variable importante en el diseño y operación

de procesos industriales Químicos, Físicos y Biológicos como consecuencia de la

existencia de interface en las que participe un vapor.

1.1 PRESION DE VAPOR SATURADO.

Es la máxima presión que ejerce el vapor de un liquido producido a una determinada

temperatura; estableciéndose un equilibrio dinámico entre la evaporación y la

condensación.

Estos valores de la presión se encuentran tabulados para los diferentes líquidos y

distintas temperaturas. La presión del vapor solamente depende de la temperatura y la

naturaleza del líquido.

2. TERMODINÁMICA

La termodinámica es la parte de la física que estudia los mecanismos de transformación

o transferencia de energía de un cuerpo a otro dentro de un sistema. Se llama sistema

termodinámico a toda porción o cantidad de materia definida o limitada por barreras, ya

sean estas reales o imaginarias.

Las barreras de un sistema pueden clasificarse de la siguiente manera:

a) Aislante, que no permite el paso de la materia de energía.

b) Fijas o rígidas, que impiden los cambios de volumen.

c) Adiabáticas, que no permiten la transferencia de energía en forma de calor ni de

materia.

d) Impermeables, a través de las cuales no se produce intercambio de materia.

e) Permeables que facultan el intercambio de materia y energía en forma de calor.

2.1 CALOR:

Es una forma de energía presente en todos los cuerpos que nos rodean. El calor

contenido en un cuerpo depende cuantitativamente de su nivel térmico (temperatura) de

su cantidad de materia (masa) y de su capacidad para almacenar energía en forma

térmica. La cantidad de materia (masa) de un cuerpo puede expresarse por medios

exclusivamente mecánicos. La capacidad para almacenar calor corresponde a la

naturaleza del cuerpo y puede precisarse de modo totalmente general de modo que para

el estudio de la energía térmica contenida en un cuerpo dado adquiere especial

importancia la medición del nivel térmico de dicho cuerpo.

2.2 Punto de Ebullición.

La ebullición de un líquido se presenta cuando la presión de vapor iguala a la presión

externa.

El punto de ebullición normal es la temperatura a la cual la presión de vapor es igual a

un átomo. La energía requerida por cada mol de sustancia que cambia de fase liquida a

vapor se denomina calor molar de vaporización de un liquido.

2.3 Temperatura:

Índice de nivel térmico en el cual se encuentra una determinada cantidad de calor. La

temperatura en el sistema práctico, se mide en grados centígrados o Celsius.

2.4 Vaporización

La vaporización es el paso de un cuerpo del estado líquido al gaseoso. Este fenómeno

se puede producir de cuatro formas diferentes:

a) Vaporización en el vació.

b) Vaporización en una atmósfera gaseosa

c) Evaporación

d) Ebullición.

3. Variación de la presión de vapor con la temperatura: La presión

de vapor de un líquido es una función creciente de la temperatura esta relación

se determina mediante la ecuación de Clausius Clapeyron que es:

( .) ( .)

( ) ( ) ( )( ) ( )

vap vap

v l v

P

T T V V T V

……………………..(A)

Donde:

λvap : cantidad de calor absorbido en la vaporización.

Vl : Volumen del liquido.

Vv : Volumen de vapor saturado.

P

T

: Velocidad de cambio de presión de vapor con la temperatura.

Además:

( )v

RTV

P , cuando se trata de un mol

Remplazando en (A) tenemos la siguiente ecuación:

( .) ( .)

2 2

vap vapPP PT

T T R P T R

Si la ecuación de Clausius-Clapeyron integramos sin límites cuando R y

λvap son constantes se tiene:

( .) ( .)

2 2

vap vapP P TT

P T R P R T

( .) ( .)

2

( .)

1( )

1( )

2.303

vap vap

vap

P TLnP C

P R T R T

LogP CR T

La ecuación tiene una similitud con al ecuación de una recta, por lo tanto

podemos graficarlo de la siguiente manera.

Graficando LogP (vs) 1/T.

C’

LogP m = - λvap

2.303R

1/T

Donde: λvap = - 2.303Rm

Si la ecuación de Clausius-Clapeyron integramos entre límites definidos cuando R y

λvap son constantes, se tiene.

2 2 2 2

1 1 1 1

( .) ( .) ( .)2 2 1

2 2

1 2 1

( )P T P Tvap vap vap

P T P T

P T TP P TT Ln

P RT P R T P R T T

, o

( .)2 2 1

1 2 1

( )2.303

vapP T TLog

P R T T

MATERIALES Y EQUIPOS

Matraz de un litro de capacidad con tapón trihoradado

Termómetro

Tubo de vidrio en T.

Tubo en forma de u con mercurio( se utiliza también como manómetro)

Pinzas de Mohr

Mechero de bunsen

Agua destilada

Varilla de vidrio

Pipeta de 5ml

PROCEDIMIENTO:

Instalar el equipo de trabajo con los materiales ya mencionados.

Llene el matraz con agua destilada hasta un tercio de su volumen total,

mantener las llaves # 1,2 y 3 abiertas. La presión dentro de un matraz será

igual a la atmósfera, por lo tanto el nivel de mercurio en las dos ramas de tubo

en u serán iguales..

Cierre las llaves # 2 y 3 y mantener abierta la llave # 1.

Calentar el agua del matraz con un mechero hasta ebullición, retirar

inmediatamente el mechero para evitar sobrecalentamiento.

Cerrar la llave # 1 y abra la llave # 3 el nivel del mercurio en ambas ramas

deben ser iguales, de lo contrario espere que establezca el nivel.

Anote las temperaturas y presiones manométricas, empezando de 89 grados

ºC en forma descendente, en intervalos de dos grados centígrados. Debido al

enfriamiento en el matraz el vapor empieza a condensar y crea un ligero vacío

dentro de el por lo tanto, la columna empieza a subir en la rama derecha y en la

misma proporción baja el de la izquierda.

Terminando el experimento cierra la llave # 3 y abra la llave # 2 para evitar que

el mercurio ingrese al matraz.

Diseño experimental.

CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Datos Experimentales

Tabla I:

Nº TºC TºK P mmHg

1 86 359 450.9

2 85 358 434.9

3 84 357 427.9

4 83 356 423.9

5 82 355 421.9

6 81 354 420.9

7 80 353 419.9

Tabla2

Nº 1/T Log (P) Log P*1/T (1/T)2

1 2.785.10-3 2.654 7.391.10-3 7.756.10-6

2 2.793.10-3 2.638 7.368.10-3 7.8.10-6

3 2.801.10-3 2.631 7.369.10-3 7.845.10-6

4 2.809.10-3 2.627 7.379.10-3 7.89.10-6

5 2.817.10-3 2.625 7.395.10-3 7.935.10-6

6 2.825.10-3 2.624 7.413.10-3 7.98.10-6

7 2.833.10-3 2.623 7.402.10-3 7.026.10-6

Se sabe que:

A= Σ (1/T)2 Σ Log(P) - Σ (1/T) (Log P) Σ (1/T )

n Σ (1/T)2 - (Σ(1/T))2

B= Σ (1/T) (Log P) - Σ (1/T) Σ (Log P)

n Σ (1/T)2 - (Σ(1/T))2

Reemplazando valores tenemos:

A= (5.423x10-5) (18.442) - (0.051) (0.019) = 13.36 mmHg

7 (3.866x10-4) - (3.866x10-4)

B= 7(0.051) - (0.019) (18.442) = -3018 mmHg ºK

7 (3.866x10-4) - (3.866x10-4)

Para el cálculo del valor molar de vaporización

Se emplea la ecuación de clausius – Clapeyron.

𝑳𝒐𝒈𝑷 = −𝝀𝒗𝒂𝒑

𝟐.𝟑𝟎𝟑𝑹×

𝟏

𝑻+ 𝑪

Tenemos que: Y=A+BX

Como: Y: Log P

X: 1/T

ENTONCES:

−𝜆𝑣𝑎𝑝

2.303𝑅= 𝑩

𝝀𝒗𝒂𝒑 = 3018 x 2.303x 0.082

𝝀𝒗𝒂𝒑 = 570 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙

Para calcular la constante “c” usamos

También La ecuación de clausius – clapeyron

Entonces:

C = A

C = 13.36mmHg.

Con los datos tabulados se obtiene la siguiente grafica

1/Tº Log P

0.00278 2.654

0.00293 2.638

0.00801 2.631

0.00809 2.627

0.00817 2.625

0.00825 2.624

0.00833 2.623

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Log P 3.167 3.028 2.886 2.740 2.589 2.434 2.275 2.111 1.942 1.767

1/Tº 0.00272 0.00275 0.00279 0.00283 0.00287 0.00292 0.00296 0.00300 0.00305 0.00310

0.00000

0.50000

1.00000

1.50000

2.00000

2.50000

3.00000

3.50000

Axi

s Ti

tle

GRÁFICA DE LA DEPENDENCIA DEL LogP EN FUNCIÓN DE 1/Tº

DISCUSIÓN Y RECOMENDACIÓN

Para él cálculo de la cantidad de calor absorbido en la vaporización

se utilizó el mercurio como un reactivo arbitrario para determinar la

presión de vapor, esto a una determinada temperatura.

En la teoría se dice que cada liquido (en nuestro caso el mercurio),

tiene su presión de vapor característica a una temperatura dada, en la

practica pudimos comprobarlo, ya que cuando tuvimos una

temperatura fija (iniciando con 89 C ), su tuvo una lectura de la

presión en el papel milimetrado.

En la practica solo consideramos sistemas de un solo componente, ya

que el liquido el vapor tienen la misma composición y existe una

presión para una temperatura fija.

Se debe procurar disponer de los materiales y reactivos requeridos

para cada practica.

Se debe realizar con sumo cuidado a la hora de la medición del

mercurio con respecto al papel milimetrado, ya que esto nos

garantizara resultados as certeros.

CONCLUSIONES

En la determinación de la presión de vapor de los líquidos a

temperaturas mayores que la ambiental, se tiene que a mayor

temperatura tendremos una menor presión, esto significa que la

presión de vapor es inversamente proporcional a la temperatura.

La temperatura ambiental no difiere de una temperatura

incrementada con calor, mientras halla un tubo de escape del vapor

de agua, todo esto con respecto a que el nivel de mercurio este en

equilibrio.

Podemos deducir que la presión atmosférica esta presente en el

sistema influye a mantener el equilibrio del nivel del mercurio.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MARON Y PRUTON fundamentos de FISICOQUÍMICA grupo Noriega Editores LIMSA.

FÍSICOQUÍMICA MANUAL DE LABORATORIO” –Ing.

Alejandro BARBA REGALADO – Facultad de Ciencias–

UNASAM– 2009

Referencias web

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/clemente_c_m

a/capitulo3.pdf