LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
PRESIÓN DE VAPOR DE LÍQUIDOS PUROS 1. OBJETIVO IVOS: Utilizar correctamente el equipo de presión de vapor Determinar como varia la presión de vapor con la temperatura
2. FUNDA FUNDAME MENT NTO O TEÓR TEÓRICO ICO:: Presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a presión a la que a cada temperatura la temperatura la fase líquida y vapor se se encuentran en equilibrio dinámico; dinámico ; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. n la situ situac ació ión n de equi equili libr brio io!! las las fase fases s reci recibe ben n la deno denomi mina naci ción ón de líqui! "#$u%#! y &#'!% "#$u%#!. sta propiedad posee una relación inversamente proporcional con las "uerzas de #tracción $ntermoleculares! $ntermoleculares ! debido a que cuanto mayor sea el módulo de las mismas! mayor deberá ser la cantidad de ener%ía entre entre%ad %ada a &ya sea en forma forma de calor calor u otra otra manife manifesta stació ción' n' para para vencer vencerla las s y producir el cambio de estado. l factor más importante que determina el valor de la presión de saturación es la propia naturaleza del líquido! encontrándose que en %eneral entre líquidos de naturaleza similar! la presión de vapor a una temperatura dada es tanto menor cuanto mayor es el peso molecular del del líquido.
C#%#($)%í"$i(#" P%i*(i'#l)":
l valor de la presión de vapor es independiente independiente de las cantidades del líquido y vapor! mientras (aya presente cualquier superficie libre del líquido. ste valor depende en realidad de la cantidad de mol)culas %anadas o perdidas por el líquido. # mayor mayor área expuesta al vapor! mayor será la cantidad de mol)culas %anadas %anadas por el líquido. *a composición del líquido es determinante en el valor de la presión de vapor durante el equilibrio.
# mayor mayor peso molecular molecular menor valor valor en la presión presión de vapor. vapor.
ste tipo de tratamiento permite además obtener los valores del calor y de la entropía de vaporización del líquido
xisten varios m)todos para medir la presión de vapor. l más conocido es+
El i"!$)*i"(!'i!+ cuando la presión externa es i%ual a la presión de vapor el manómetro de comparación! comparación! sumer%ido en el ba,o! debe tener la misma altura en las dos ramas. es preciso! flexible y conveniente para la medición de las presiones de vapor de una sustancia en un intervalo amplio de temperaturas. 1
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
-onte el equipo mostrado en la fi%ura que si%ue+
"i%.o/
Disposición
del isoteniscopio en la determinación de la presión de vapor de líquidos
D)')*)*(i# ) l# P%)"i,* ) V#'!% (!* %)"')($! # l# T)-')%#$u%# *a presión de vapor de un líquido aumenta con el incremento de la temperatura. *a ma%nitud del incremento de presión de vapor con la temperatura es característica del líquido particular. *as variaciones de presión de vapor con la temperatura de varios líquidos se muestran en la "i%. 0.
. DATOS: .1. DATOS E/PERIMENTALES: T#0l# 1: D#$!" '#%# )l )#*! C3415 Al$u%# ) -#*,-)$%! ) -)%(u%i! *ado izquierdo
2
*ado derec(o
T)-')%#$u%#67C8 1&mm1%'
2
2
2
34
0.0
0.0
3.3
35
5.6
5.7
//./
30.5
6.4
4./
/5.8
3/
/2.9
/2.3
92.4
54.5
/9.4
/9.4
95.3
53
/5.5
/5.6
0/.9
59
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.2. DATOS BIBLIÓ9RAFICOS: Densidad de mercurio : /0322
kg m3
Presión utilizada: 650mm1% onstante universal de los %ases &<' :2.249
atm × L mol × K
:39.7
mmHg × L mol × K
=ravedad+ 8.4m>s9
5. TRATAMIENTO DE DATOS A. E(u#(i!*)" # u$ili#%: P"#$ ; P%)"i,* #$-!"<=%i(# > P"i"$)-#?)(u#(i,* I
P ln P
sat
2
sat
1
∆ Hvap 1 1 = − − ?)(u#(i,* II R T T 2
1
E(u#(i,* ) A*$!*i): P sat
= 10
A −
B T + C
?)(u#(i,* III
cuaciones para (allar los coeficientes #! ? y de la ecuación de antonie. C =
- q1T1(T3 - T2) + q2T2(T1 - T3) + q3T3(T2 - T1) q1(T3 - T2) + q2(T1 - T3) + q3(T2 - T1)
(q 3 - q 1 ) (T1
B
=
A
= q2 +
+ C) (T1 + C)
T3 - T1 B T 2
n donde+
+ C
(
q i = log Pi
sat
) a la temperatura @
i
B. 9%#
3
T67C8
PV6--4@8
34
650
35
346
30.5
379
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3/
587
54.5
575
53
786
59
77/
# partir de la tabla anterior se %rafica+
C. Cl(ul! ) l#
∆ H vap
6(#l-!l8:
De la ecuación $$! se despeBa+
P 2 sat ln sat ∆ Hvap = T 2 − T 1 P 1 RT 1T 2
Para la temperatura 34C y 35C+ e convierte a Eelvin 34C:07/F 35C:004F
∆ Hvap =
mmHgL
× 341 K × 338 K 753 = 21.99 × 10 4 cal molK ln 338 K − 341 K mol 687
#sí se calcula para los si%uientes casos+ 4
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∆Hvap
P/&mm1%'
P9&mm1%'
@/&F'
@9&F'
650
346
07/
004
9/.88x/2 7
346
379
004
003.5
09.25x/2 7
379
587
003.5
007
9/.42x/2 7
587
575
007
00/.5
90.68x/2 7
575
786
00/.5
098
95.28x/2 7
786
77/
098
059
/8.87x/2 7
D. C#l(ul! ) l!" (!)
P/ : 650 mm1%
q/ : 9!44
@9 : 007F
P9 : 587 mm1%
q9 : 9!66
@0 : 095F
A
q0 : 9!37
− 2.88 × 341 × (325 − 334) + 2.77 × 334 × (341 − 325) + 2.64 × 325 × (334 − 341) = −523 2.88 × (325 - 334) + 2.77 × (341 − 325) + 2.64 × (334 − 341)
C =
B
P0 : 77/ mm1%
=
(2.64 - 2.88) (341 - 523) (341 - 523) 325 - 341
= 2.77 +
540.54 334 − 523
= 540.54
= −0.09
P sat
=
540.54 − 0.09 − T − 523 10
?)(u#(i,* IV
E. Cl(ul! ) l#" '%)"i!*)" ) &#'!% !0$)*i#" )* )l l#0!%#$!%i! # "u" %)"')($i&#" $)-')%#$u%#".
P sat
=
540.54 − 0.09 − 341− 523 10
5
= 758.58
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l error esta dado por+
Valor e! erimental − valor teórico × 100% valor teórico 753 − 758.58 × 100% = −0.74 error = 758.58 error =
*os otros resultados se muestran en la si%uiente tabla+ @ &F'
Psatteor.
Psatexper.
H error
&mm1%'
&mm1%'
07/
654.54
650
I2.67
004
364.85
346
/./8
003.5
370./8
379
I2./8
007
544.47
587
2.44
00/.5
572.07
575
2.43
098
783.89
786
2.2/3
095
703.59
77/
/.20
ompare los valores de presión de vapor estimados con los valores de presión de vapor verdaderos dados en manuales! libros o revistas. Para un determinado número de valores de temperatura (alle los errores relativos porcentuales respectivos.
@ &°'
Psat &mm1%'
8!/
72
/3!3
32
96
/22
79
922
58!0
722
66!/
632
alculando la ecuación de la recta+ J : #.e?K
6
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ntonces+ # : /4!359586 ? : 5!0444806 x /2I9
@ &F'
Psatteor. &mm1%'
Psatexper.
H error
&mm1%' 072!/5
348!484
589
/7!/8
00/!/5
797!634
792
/!/995
002!/5
729!7403
720
2!/940
097!/5
98/!9825
000
/7!0/446
092!/5
907!4260
963
/6!5709
. DISCUSIÓN DE RESULTADOS: 3. CONCLUSIONES: . RECOMENDACIONES: *os materiales deben de estar en condiciones adecuados para obtener resultados cercanos a los valores teóricos. #l tener sólo una bomba de vacio es recomendable armar un sistema de tuberías que conectados con dic(a bomba %enere vacio y así se evitaría con%estión de alumnado en un solo lu%ar. Utilizar una sustancia menos toxica y con un punto de ebullición menor que el (exano. "iBar bien el soporte donde se encuentra el balón ya que el peso de este provoca que no ten%a equilibrio! se su%iere utilizar otro soporte que ayude a compensar el peso del balón lleno de a%ua que ayuda a obtener un equilibrio t)rmico.
7
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. CUESTIONARIO: G. ANE/O: E'l!"i,* 0l)&): Una ?*G es un tipo de explosión mecánica cuyo nombre procede de sus iniciales en in%l)s B!ili*@ Liqui E'#*i*@ V#'!% E'l!"i!* cuya traducción sería Lxpansión explosiva del vapor de un líquido en ebulliciónL. *a ?*G es un caso especial de estallido catastrófico de un recipiente a presión en el que ocurre un escape súbito a la atmósfera de una %ran masa de líquido o %as licuado a presión sobrecalentados. Para que se produzca una explosión ?*G no es necesaria la existencia de reacciones químicas ni fenómenos de combustión. Podría producirse incluso en calentadores de a%ua y calderas de vapor. n principio podría ori%inarse en cualquier líquido almacenado en un .recipiente (erm)tico. *as ?*G son exclusivas de los líquidos o %ases licuados en determinadas condiciones. @ras producirse el estallido del recipiente! la %ran masa evaporada asciende en el exterior! arrastrando finísimas partículas de líquido y entrando en combustión Ien caso de incendioI en forma de (on%e! con la %ran bola de fue%o superior tras un instante y al (aberse producido la difusión en el aire por debaBo del límite superior de inflamabilidad. Dic(a bola de fue%o se irá expandiendo a medida que va ardiendo la totalidad de masa de vapor liberada.
C!*i(i!*)" '#%# qu) ") '%!u(# u*# )'l!"i,* BLEVE: Para que se ori%ine una explosión ?*G tienen que concurrir las condiciones si%uientes que son interdependientes entre sí+
P%!u($! )* )"$#! líqui! "!0%)(#l)*$#! e entiende como tal cuando su temperatura es superior a la que lo correspondería si se (allara en equilibrio con su presión de vapor. sta situación de inestabilidad se presenta baBo una exposición del recipiente a un incendio o en recipientes sobrellenados.
B#H## "0i$# ) l# '%)"i,* 6i")*$%,'i(#8 )* )l i*$)%i!% )l %)(i'i)*$) @al descenso de presión puede ser debido a causas tales como+ desprendimiento del disco de ruptura! p)rdida de resistencia del recipiente en un incendio con la consi%uiente rotura del mismo! perforación del recipiente por impacto! rotura por sobrellenado e incluso disparo de válvulas de se%uridad mal dise,adas. uanto mayor sea la caída de presión! mayor serán tambi)n los efectos de la ?*G caso de producirse.
T)%-!i*-i(# ) l# BLEVE ualquier líquido o %as licuado almacenado en el interior de un recipiente cerrado se encuentra en las dos fases! líquido y vapor en situación de equilibrio! se%ún la curva de saturación presión I temperatura de la fi%ura /! o sea que a cada 8
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temperatura del líquido le corresponde una determinada presión de vapor! que es la que está soportando la pared interior del recipiente expuesto a la fase vapor.
Fig.
1:
Curva de saturación
P-T # medida que aumenta la temperatura! aumenta obviamente la presión de equilibrio! (asta alcanzarse el punto crítico! a partir del cual solo es posible la existencia de la fase %aseosa. l sobrecalentamiento de una sustancia puede lo%rarse mediante calentamiento! superando su punto de ebullición sin que lle%ue a transformarse en vapor! o bien disminuyendo la presión! permaneciendo la temperatura constante.
C!*")(u)*(i#" ) u*# BLEVE #unque en sentido estricto la ?*G es la explosión mecánica del recipiente! dado que normalmente va asociada ori%inariamente a incendios sobre recipientes que contienen líquidos inflamables! nos limitaremos en este último apartado a los tres tipos de consecuencias que suceden en este último caso+
•
•
Proyección de fra%mentos metálicos.
•
1. BIBLIO9RAFÍA: MMM.mtas.es>ins(t>ntp>ntpN980.(tm I 70E I MMM.%eocities.com>iliconGalley>PeaEs>9305>me70a>taller/>deptemp.(tm I 7E I MMM.mono%rafias.com>trabaBos/3>presionIliquidoIpuro>presionIliquidoIpuro.s(tml 5/E I es.MiEipedia.or%>MiEi>PresiónNdeNvapor I 92E 9
I
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MMM.sabelotodo.or%>termicos>presionvapor.(tml I //E
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