“Ingeniería en Aeronáutica”
LABORATORIO DE QUÍMICA APLICADA PRACTICA 4 “Influencia de la presión sobre el punto de ebullición”
LABORATORIO DE QUÍMICA APLICADA PRACTICA 4 “Influencia de la presión sobre el punto de ebullición”
Objetivo :
Determinar experimentalmente la temperatura de ebullición del agua a diferentes presiones. Comprobar la ecuación de Clausius-Clapeyron mediante el cálculo de la temperatura correspondiente a las diferentes presiones de vapor y compararla con la temperatura experimental respectiva.
Marco teórico LA PRESION DE VAPOR DE LOS LIQUIDOS Esta presión es conocida como presión saturada de vapor del liquido correspondiente. En tanto se mantiene esta, el liquido no exhibe mas tendencia a evaporarse, pero a una presión menor hay una nueva trasformación hacia la fase de gas, y otra mas elevada se verifica una condensación, hasta restablecer la presión de equilibrio. Para un liquido cualquiera la vaporización va acompañada de absorción de calor y la cantidad de este, para una temperatura y presión dadas, requeridas para calentar cierto peso de liquido se conoce con el nombre de calor de vaporización y es la diferencia de entalpia de vapor y liquido, esto es, Hv = Hr - Hl, donde Hv es el calor de vaporización y Hr y Hl las entalpias de vapor y de liquido. En una evaporización Hv es positiva siempre, mientras que en una condensación es negativa y numéricamente igual al calor absorbido en la vaporización. Como cabe esperar la definición de H; Hv es la
diferencia entre la energía interna del vapor y del liquido El y el trabajo tr abajo de expansión en el cambio de fase; es decir
Ev = Ev -
Hv = Ev + P Vv donde P es la presión de vapor y
Vv = Vv - V l
Hay varios procedimientos de medir la presión de vapor de un liquido que se clasifican en estáticos y dinámicos. En los primeros se deja que el liquido establesca su presión de vapor sin que haya ningún disturbio, mientras que en los dinámicos el liquido hierve o se hace pasar una corriente inerte de gas a través del mismo. La linea de separación entre esos métodos no es muy clara siempre, y un procedimiento particular es a veces, una combinación de los dos. La presión ejercida por las moléculas de vapor en equilibrio con el liquido a una determinada temperatura se llama presión de vapor del liquido. La presión de vapor depende de la temperatura t emperatura y de la clase del liquido, puesto que depende de la naturaleza de las interacciones entre las moléculas de la sustancia ; un compuesto como el agua tiene una presión de vapor mas baja que el éter porque las moléculas de agua tienen fuerzas de atracción intermolecular mayores que las moléculas del éter. PUNTO DE EBULLICION Se define punto de ebullición de un liquido como la temperatura a la cual la presión del vapor es igual a la presión externa. Cuando se aplica calor a un liquido, su presión de vapor aumenta hasta hacerse igual a la presión atmosférica. El punto de ebullición varia con la presión externa que existe por encima de la superficie del liquido. Al descender la presión, el punto de ebullición disminuye; un aumento en la presión aumenta el punto de ebullición. VARIACION DE LA PRESION DE VAPOR CON LA TEMPERATURA La presión de vapor de un liquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto critico del liquido. Es fácil de comprender el aumento de la presión de vapor teniendo en cuenta la teoría cinética. Al aumentar la temperatura es mayor la porción de moléculas que adquieren la energía suficiente para escapar de la fase liquida, y en consecuencia se precisa mayor presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el liquido. Por encima de la temperatura critica la tendencia de escape de las moléculas es tan elevada que ninguna presión aplicada es suficiente para mantenerlas unidas en el estado liquido, y toda la masa persistente como gas. La siguiente figura nos muestra como varia la presión de vapor con la temperatura. Hay un acensuó lento a bajas temperaturas, y luego uno muy rápido como puede observarse como aumento de la pendiente de las curvas. Esta variación de la presión de vapor con la temperatura se expresa matemáticamente con la ecuación de Clausius-Clapeyron. Clausius-Clapeyron. Para la transición de líquidos
a
vapor
P
es
la
presión a la temperatura T, H= Hv el calor de vaporización de un peso dado de liquido, y V1 = V l el volumen del liquido, mientras que V2 = V g es el volumen del mismo pero de vapor. En consecuencia, para la vaporización la ecuación de Clausius-Clapeiron puede escribirse así: dP/dT = Hv / T ( V g - V l ) A temperatura no muy próxima a la critica V l es muy pequeña comparada con V g y puede despreciarse. Así a 100ºC, Vg del agua es 1671 cc por gramo, mientras que Vi es solo 1.04 cc por gramo. Ademas si suponemos que el vapor se comporta esencialmente como un gas ideal, entonces Vg por mol viene dada por V g = RT/ P y la ecuación anterior se transforma en :
d ln P / dT = Hv / RT2 Esta ecuación es conocida como ecuación de Clausius-Clapeyron. Integrando esta nos queda de la siguiente forma: Log10 P = - Hv / 2.303 R ( 1/ T ) + C Ademas comparamos la ecuación con la de una linea recta y= mx + b, sugiere que si Log10 P para un liquido se gráfica contra 1 / T, la gráfica debe ser una linea recta con : PENDIENTE m = (- Hv / 2.303 R) INTERSECCION b=C De las pendientes de las lineas, se deducen los calores de vaporización de diversos líquidos, así: pendiente = m = - Hv / 2.303 R y por lo tanto Hv = - 2.303 R m = - 4.576m cal mol-1 ENTALPIA. La mayoría de los procesos físicos y químicos tienen lugar a presión constante y no a volumen constante. Esto es cierto, por ejemplo en el proceso de vaporización, la energía interna E se puede usar efectivamente en procesos a volumen constante, encontraremos muy conveniente en los cambios a presión constante emplear otra función termodinámica. Al igual que la energía interna no podemos establecer el valor absoluto de la entalpia para un cierto sistema aunque al igual que con E, es la magnitud delta, la diferencia de valores H, la que es importante al igual que la energía interna, la entalpia de un sistema depende exclusivamente de su estado y no de su historia anterior.
Material
Un mechero de bunsen Un termómetro Un soporte universal Mercurio
Tubo de vidrio en forma de “U”
Cinta métrica Una base de madera Un matraz Un corcho Una sonda
Desarrollo experimental 1.- Medimos en la base de madera y con ayuda de la cinta métrica en que parte estaba colocado el mercurio.
2.- Posteriormente pusimos pusimos a calentar con el mechero el matraz hasta que llegara a 92 ®C para poder conectar la sonda en el tubo donde se encontraba el mercurio y poder observar cual era la variación en la cinta métrica.
3.- Así lo seguimos haciendo con las cuatro temperaturas diferentes, mientras que realizábamos los cálculos para observar dicha variación.
Cálculos
Formula
Despejando a T2
Datos P1= 585= cte.
T2=T1 ΔHV=9700 cal/mol
R= 1.987 cal/mol ®K
TABLA FINAL
®Temperatura experimental (T1)
h2
h1
ΔH=h2-h1
P2
®Temperatura calculada (T2)
®C
®K
mmHg
mmHg
ΔH=ΔP
P2=585 + ΔP
®C
®K
92®
365®
-2
+2
4
589
91.98®
364.81®
96®
369®
-5.5
+5.5
11
596
95.98®
368.81®
98®
371®
-7
+7
14
599
97.98®
370.81®
100®
373®
-9
+9
18
603
99.98®
372.81®
CONCLUSIONES: Álvarez Pizano María de los Ángeles En esta práctica pudimos comprobar principalmente dos cosas, la primera fue ddeterminar d determinar experimentalmente la temperatura de ebullición del agua a diferentes presiones y el segundo comprobar la ecuación de Clausius-Clapeyron mediante el cálculo de la temperatura correspondiente a las diferentes presiones de vapor y compararla con la temperatura experimental respectiva. En resumen decimos que cuando aumenta la temperatura, también aumenta la presión del gas.
Martin del Campo Cuevas Alberto En esta práctica experimental pudimos comprobar cómo influye la presión sobre el volumen gracias al cambio de temperatura, ya que esto depende de la ebullición de agua. Otra objetivo que logramos fue reforzar nuestros conocimientos al obtener los cálculos correspondientes para cada temperatura a la cual se llegaba al calentar en matraz con el mercurio
y así encontrar la presión de cada una de las mismas con ayuda de la ecuación de Clausius – Clapeyron. Por último comprobamos que a mayor temperatura mayor será la presión. Molina Martínez Myrna Magali Al desarrollar la práctica de “ Influencia de la presión sobre el punto de ebullición”, comprobamos el principio que indica que “ a mayor temperatura, mayor será la presión del gas”, esto lo
comprobamos con dos pequeñas pruebas, en la primera determinamos la temperatura de ebullición del agua a diferentes presiones y el segundo comprobar la ecuación de ClausiusClapeyron mediante el cálculo de las temperaturas experimentales respectivas.
Reyes Gómez Ana Luisa Notamos como a ciertas temperaturas de ebullición del agua, el vapor ejercía determinada presión, es decir la presión del vapor del agua en función de las diferentes temperaturas. Zires González Jorge A través de esta práctica pudimos ver experimentalmente como determinar la temperatura de ebullición del agua a diferentes presiones, y a su vez confirmarlo a través de la ecuación de Clausius-Clapeyron mediante el cálculo de la temperatura a las diferentes presiones del vapor, para así comparar con la temperatura experimental.
Referencias http://www.buenastareas.com/ensayos http://www.bue nastareas.com/ensayos/Practica-4-Quimica-2/1209190.html /Practica-4-Quimica-2/1209190.html http://html.rincondelvago.com/determ http://html.rincon delvago.com/determinacion-de-la-presion-d inacion-de-la-presion-de-vapor-de-un-liqu e-vapor-de-un-liquido-puro.html ido-puro.html http://www.buenastareas.com/materias/practica4-influencia-de-la-presi%C3% http://www.buenastareas.com/materias/prac tica4-influencia-de-la-presi%C3%B3n-sobre-elB3n-sobre-elpunto-de-ebullici%C3%B3n/0
