Informe 2 Fisicoquimica Presión de Vapor

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I

PRÁCTICA N°3: PRESIÓN DE VAPOR

JU08FQC UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I TEMA: PRESIÓN DE VAPOR DOCENTE

: CONSUELO CARASAS

ALUMNO

: DIONICIO AGÜERO, NOAM FERDINAND (15070024)

FECHA DE REALIZACIÓN: 15/09/16 FECHA DE ENTREGA: 22/09/16

CIUDAD UNIVERSITARIA, SETIEMBRE DEL 2016



ÍNDICE

Resumen

1

Introducción

2

Principios Teóricos

3

Detalles experimentales

5

Tabulación de datos y resultados experimentales

7

Cálculos

9

Tabulación de resultados y porcentaje de error

12

Análisis y discusión de de resultados resultados

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Conclusiones y recomendaciones

14

Bibliografía

15

Anexos

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RESUMEN El objetivo principal de la práctica llevada a cabo en el laboratorio fue calcular experimentalmente la presión de vapor del agua a diferentes temperaturas (80-99ºC). A su vez, el objetivo de esta práctica es relacionar mediante una ecuación matem ática estos parámetros: la presión y la temperatura; esto se logra con nuestros datos hallados experimentalmente y la ecuación de Clausis Clapeyron. Un objetivo secundario, aunque importante a su vez es el cálculo del calor molar de vaporización del agua (ΔHv). Con el fin de lograr este propósito, necesitamos un método de trabajo, el cual fue el método estático para la determinación de las presiones de vapor. El equipo utilizado para realizar esta experiencia, consta de un balón de agua destilada con un tapón bihidradado, así como una llave de triple paso que permite el flujo del gas a través del manómetro de mercurio para su posterior medida. Una vez que el sistema quedo cerrado, se midió las distintas alturas en el manómetro, lo que nos permite calcular la presión manométrica del vapor, y con este dato en cada temperatura podemos calcular la presión de vapor respectiva. En los cálculos de presiones de vapor experimentalmente obtuvimos un porcentaje de error que osciló entre el 1 al 15 %, siendo el error mayor a medida que la temperatura disminuyó. Luego, armamos una tabla con nuestros datos y relacionamos la presión de vapor y la temperatura mediante la ecuación de Clausis Clapeyron. Con posteriores cálculos, hallamos el calor molar de vaporización del agua (ΔHv), comparando este valor con el teórico, obtenemos un error experimental del 18.5%. Se colige, la presión de vapor es una propiedad intensiva, que no depende de la cantidad de materia, sino solo de la temperatura. La relación es proporcional, ya que a medida que la temperatura aumenta, la presión de vapor también aumenta. Con el fin de reducir los errores y optimizar la eficacia, se recomienda ser cuidadoso al momento de tomar los datos, teniendo cuidado al momento de medir las alturas en el manómetro, por ejemplo, así también tratar de ser preciso al momento de tomar las temperaturas, tratar de estar coordinado con el compañero; para así tomar medidas mas exactas y minimizar el error.

1



INTRODUCCIÓN

La presión de vapor es una propiedad intensiva de los líquidos, la cual nos indica la presión que ejerce el vapor sobre las paredes del recipiente. Esta presión ejercida puede ser utilizada para realizar trabajo, por lo que tiene diversos fines. Todo lo concerniente a la presión de vapor es muy importante para la industria ya que encuentra su aplicación en diversos procesos uno de los cuales es la caldera; que desde pequeñas instalaciones locales para la producción de vapor para cocción de alimentos, planchado en serie de ropa, tratamientos sépticos de instrumentales y labores similares, con vapor de relativa baja temperatura y presión, hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la alimentación de turbinas de generación de electricidad, y otros procesos industriales donde se requiere vapor en grandes cantidades, a altísimas temperaturas y presiones. Un ejemplo muy común de una caldera es la “olla a presión”. En esencia una caldera es un recipiente cerrado, lleno parcialmente de agua a la que se le aplica calor procedente de alguna fuente, para hacerla hervir y producir vapores. Como estos vapores están confinados a un espacio cerrado, se incrementará la presión interior y con ello la temperatura de ebullición del agua, pudiéndose alcanzar finalmente muy elevados valores de presión y temperatura. Estos vapores se concentran en la parte superior del recipiente inicialmente vacío, conocido como domo, de donde se extrae vía conductos para ser utilizado en el proceso en cuestión.

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PRINCIPIOS TEÓRICOS Presión de Vapor: Las moléculas en los líquidos no se encuentran en las posiciones rígidas de una red. Aun cuando carecen de la libertad total de las moléculas gaseosas, ellas están en constante movimiento. Debido a que los líquidos son más densos que los gases, el promedio de colisiones entre las moléculas es mucho mayor en la fase liquida que en la fase gaseosa. A cualquier temperatura dada, cierto número de moléculas en un líquido tiene la suficiente energía cinética para escapar desde la superficie. A este proceso se llama evaporación o vaporización. Cuando un líquido se evapora en un espacio de dimensiones limitadas, pronto las moléculas del vapor se encuentran en todos los sitios del espacio libre. Pero, desde que la vaporización prosigue, aumentará el número de moléculas en estado gaseoso, lo cual originará un aumento creciente en el vapor o sea mejor dicho en la presión ejercida por el vapor. A cada temperatura se alcanzará evidentemente una condición de equilibrio cuando el número de moléculas que abandonan el líquido para pasar al espacio sobre él es igual al número de las que vuelven en un tiempo dado. El espacio sobre el líquido estará saturado con el vapor y la presión ejercida será la presión de vapor será la presión del líquido a la temperatura dada. Se puede decir que esta presión debe ser independiente de la cantidad de líquido o del espacio ocupado por el vapor el número de moléculas que abandonan el líquido a una temperatura dada será proporcional al área de la superficie proporcional a esta área y a la presión de vapor, por lo tanto el equilibrio entre líquido y su vapor depende únicamente de la temperatura. Sabemos que en los líquidos y en los gases existen moléculas energizadas tan fuertemente que se mueven a velocidades bastante altas, cuando una de estas moléculas llega a la superficie de un líquido (con la tendencia a alejarse del cuerpo principal del líquido), la molécula posee energía suficiente para deshacerse de las fuerzas que quieren retenerla en la superficie del líquido y como consecuencia se aleja de la superficie. Este fenómeno de desprendimiento de las moléculas fuertemente energizadas tiene lugar en toda la superficie liquida. De aquí resulta que la materia de un líquido continuamente tiende a asumir el estado de gas o vapor, a esto llamamos evaporación.

3



Un líquido al evaporarse origina muchas moléculas en estado gaseoso, esto produce un incremento en la presión, ejercida por el vapor. “De aquí de deducimos que al aumentar la temperatura (el líquido empezara a evaporarse) la presión también es mayor, por lo tanto son directamente proporcionales”. Pero a qué se debe exactamente la presión de vapor, se da por el choque continuo entre moléculas contra la superficie de las paredes que limitan al vapor es así que cuando impactan contra la superficie del líquido estarán bajo la influencia de las fuerzas atractivas de numerosas moléculas liquidas que la detendrán y la integraran nuevamente al líquido, este fenómeno se conoce como condensación.

Punto de Ebullición: Se define punto de ebullición de un líquido como la temperatura a la cual la presión del vapor es igual a la presión externa. Cuando se aplica calor a un líquido, su presión de vapor aumenta hasta hacerse igual a la presión atmosférica. El punto de ebullición varía con la presión externa que existe por encima de la superficie del líquido. Al descender la presión, el punto de ebullición disminuye; un aumento en la presión aumenta el punto de ebullición.

Variación de la Presión de Vapor con la Temperatura: La presión de vapor de un líquido puro es la presión a la cual el líquido está en equilibrio con su vapor. Este equilibrio es dinámico; así, el número de moléculas de líquido que se evaporan es igual al número de moléculas de vapor que se condensan. La presión de vapor aumenta cuando aumenta la temperatura hasta llegar a la temperatura crítica ( T crit ), temperatura a partir de la cual no existe líquido y sólo existe la fase vapor. El punto de ebullición normal de un líquido ( T eb) es la temperatura a la cual el líquido tiene una presión de vapor igual a la presión atmosférica. La ecuación de Clapeyron relaciona la presión de vapor con la temperatura:  

=

 −  −

(1)

en donde  representa el volumen molar del vapor y  el volumen molar del líquido. Asimismo,  y  representan las entropías molares del vapor y el líquido, respectivamente. Debido a que el proceso de vaporización es reversible, podemos escribir para el cambio de entropía  − .    =

∆ 

(2)

4



Donde ∆ es el calor molar de vaporización; por lo tanto:  

=

∆ ( − )

(3)

Esta ecuación (ecuación de Clapleyron), es completamente general. En el caso particular de una transición líquido-vapor en la que  >> y, suponiendo que el vapor se comporta aproximadamente como un gas ideal:  =

 

Por lo que la ecuación de Clapleyron, en este caso, se convierte en:  

=

∆   

(4)

que es la ecuación de Clausius-Clapeyron, que nos da la variación de la presión de vapor con la temperatura. Reordenando se obtiene:  

=

∆  



(5)

Y haciendo la aproximación de que Δ Hv es independiente de la temperatura, la ecuación anterior se puede integrar, resultando: ln  = 

∆ 

+ 

(6)

donde P es la presión de vapor del líquido problema. Al representar gráficamente  frente a 1/T se debe obtener una línea recta cuya pendiente es igual a: 

∆ 

Con lo que a partir de medidas de presión de vapor de un líquido a diferentes temperaturas se puede determinar su entalpía de vaporización.

R udoldf Claus is (P rus ia, 1822-1888)

5



Calor Latente de Vaporizacion: Para pasar de la fase líquida a la fase de vapor se necesita una absorción de energía por parte de las moléculas líquidas, ya que la energía total de éstas es menor que la de las moléculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensación, se produce un desprendimiento energético en forma de calor. El calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporización. Se suele denominar calor latente de vaporización cuando nos referimos a un mol. El calor molar de vaporización se podría referir a un proceso termo dinámico a volumen constante o a presión constante, y los designaremos por (ΔH v)v y (ΔHv)p. En el primer proceso, el intercambio calórico que entra en juego se invierte en vencer la fuerza de atracción del líquido y se suele denominar calor latente interno de vaporización molar. En el proceso a presión constante, que se realiza en la práctica frente a una presión exterior, prácticamente, invariable hay que agregar a la energía interna la necesaria para verificar el cambio de volumen, y viene dado por P(V V-VL) siendo P la presión del vapor y VV y VL, los volúmenes molares del vapor y del líquido, respectivamente. Así pues, el calor molar de vaporización a presión constante vendrá dado por: (∆ ) = (∆ ) + (   )

(1)

Como  >>  podemos considerar V L = 0 y (ΔH v)p = (ΔHv)v + PVV, pero como PV V = RT y considerando que se cumple la ley de los gases perfectos, nos queda: (∆ ) = (∆ ) + 

(2)

Hasta ahora hemos considerado una única presión sobre el líquido, la del vapor, pero si el líquido está sometido a una presión externa adicional la presión de vapor variará.

6



DETALLES EXPERIMENTALES Materiales: Equipo para calcular la presión de vapor mediante el método estático, la cual consiste en:  Matraz con un tapón bihidradado.  Termómetro.  Manómetro.  Llave de doble vía Cocinilla.





Matraz con tapón bihidradado

Termómetro y llave de triple paso

Reactivos: 

Agua destilada.

7



Procedimiento experimental:



Determinación de la presión de vapor a diferentes temperaturas:



Una vez que el equipo esté instalado, procedemos a agregar agua hasta 1/3 parte del matraz.



Calentamos con la cocinilla el matraz, observando que la temperatura suba, pero que no llegue a 100ºC (tener cuidado), todo este proceso se realiza con la llave de triple paso abierta, apreciando en el manómetro que el nivel del Hg es el mismo en ambos lados de éste, ya que la única presión que se ejerce sobre él es el de la atmósfera.



Colocar a ambos lados del manómetro, tanto en el lado derecho, como en el izquierdo 2 papeles milimetrados, tomando como punto de referencia la altura inicial del Hg, aquí mediremos la variación de altura, lo que nos ayudará posteriormente en los cálculos.



Cuando lleguemos a los 99ºC, desconectamos la cocinilla y la alejamos del matraz, y colocamos la llave de triple paso en posición inversa para cerrar el sistema, y medimos la altura de los manómetros; cada 1ºC que desciende la temperatura.



Tomamos los datos en una tabla, lo que nos servirá en los cálculos posteriores

8



TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES Tabla N°1: Condiciones experimentales de laboratorio Presión (mmHg) 756

Temperatura (°C) 19.5

%Humedad 96

Tabla N°2: Temperaturas y alturas medidas en el manómetro Temperatura (ºC) 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80

H1 (cm) 3 5 12 20 30 42 53 65 75 83 94 102 110 119 125 133 140 148 155 162

H2 (cm) 2 4 15 22 35 45 55 66 74 82 96 101 108 117 123 131 139 146 152 160

9



CÁLCULOS



Determinación de la presión de vapor a diferentes temperaturas: Con la tabla de datos de temperaturas y alturas calculamos la presión de vapor para cada temperatura, mediante el siguiente procedimiento: Sabemos que: Pvapor (Tº) = Patm – Pmanométrica (Tº)

 

Patm = 756mmHg (medida en el laboratorio en el barómetro) Pmanométrica= ƿgh Donde Ƿ: densidad del Hg, de tablas este valor es igual a 13545.87 kg/m3 g: aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) h: altura en el manómetro, de nuestros datos de la tabla sería: h = H1 + H2 (m) Reemplazando los datos en unidades del SI, la presión manométrica resultaría en Pascales (Pa).

Para 99ºC  

Patm = 756mmHg é = 13545.87









 9.81 

 0.005

Pmanométrica= 664.425 Pa Lo expresemos en mmHg:

664.25 ∗

  

= 4.98 mmHg

Calculamos entonces, la presión de vapor con la ecuación que se encuentra en la parte superior: Pvapor(99ºC) = 756mmHg - 4.98mmHg = 751.02 mmHg Comparamos este valor con el resultado teórico a esa temperatura, el cual es de 733.24 mmHg Error experimental =

.−. .

= 2.42%

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Para los datos siguientes, proseguimos de la siguiente manera, obteniendo la siguiente tabla: Temperatura (ºC) 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80



Pvapor (mmHg) 714.14 691.21 669.29 648.35 625.43 607.49 591.54 566.62 553.67 538.72 520.77 508.81 492.87 477.92 462.96 450.01 435.06 421.90 409.18

% Error -2.42 -1.34 -1.77 -2.28 -2.38 -3.21 -4.33 -3.77 -5.31 -6.45 -6.91 -8.56 -9.31 -10.21 -11.07 -12.33 -13.03 -14.02 -15.23

Determinación del calor molar de vaporización del agua y ecuación que relacione la presión de vapor con la temperatura: Para el cálculo del calor molar de vaporización, recurrimos a la ecuación de Clausis Clapeyron, que nos dice lo siguiente:  = 

ΔHv 

+

Podemos apreciar, entonces que si graficamos lnPv vs. 1/T, el gráfico sería lineal y la pendiente sería

 

, como ya conocemos R (constante de los gases

ideales), podremos hallar el calor molar de vaporización.

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Realizamos entonces la tabla de datos respectiva, para la gráfica lineal. Temperatura (K) 372.15 371.15 370.15 369.15 368.15 367.15 366.15 365.15 364.15 363.15 362.15 361.15 360.15 359.15 358.15 357.15 356.15 355.15 354.15 353.15

1/T 0.002687 0.002694 0.002702 0.002709 0.002716 0.002724 0.002731 0.002739 0.002746 0.002754 0.002761 0.002769 0.002777 0.002784 0.002792 0.0028 0.002808 0.002816 0.002824 0.002832

Ln(Pv) 6.591756 6.571079 6.538444 6.506222 6.474431 6.438439 6.409336 6.382729 6.339689 6.316569 6.289196 6.255308 6.232075 6.200246 6.169443 6.137641 6.109270 6.075484 6.044768 6.014155

De la gráfica, que se encuentra en el Anexo (Gráfica 1) , obtuvimos la pendiente, por mínimos cuadrados, la cual resultó:

m= -4142.2995 Pero por la ecuación de Clausis Clapeyron, sabemos que el m es igual a -

 

, como R

es la constante de los gases ideales, entonces ya podemos calcular el calor molar de vaporización ( ΔHv). R= 1.987 cal/molK 

Como m=



, entonces el ΔHv es igual a 8230.75 cal/mol

Si queremos saber, el porcentaje de error experimental, tendríamos que realizar un procedimiento similar, con los datos reales de presión de vapor a las temperaturas dadas, de donde el cuadro sería:

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Temperatura (K) 372.15 371.15 370.15 369.15 368.15 367.15 366.15 365.15 364.15 363.15 362.15 361.15 360.15 359.15 358.15 357.15 356.15 355.15 354.15 353.15


1/T 0.002687 0.002694 0.002702 0.002709 0.002716 0.002724 0.002731 0.002739 0.002746 0.002754 0.002761 0.002769 0.002777 0.002784 0.002792 0.0028 0.002808 0.002816 0.002824 0.002832

Ln(Pv) 6.597473 6.561412 6.525132 6.488627 6.451891 6.414933 6.377747 6.340342 6.302711 6.264845 6.226734 6.188469 6.149963 6.111246 6.072122 6.032606 5.992963 5.952984 5.912692 5.872399

La gráfica teórica, se encuentra en el anexo (Gráfica 2) Y con su pendiente calculada por mínimos cuadrados, podemos hallar el ΔHv teórico, el cual es igual a 9943.35 cal/mol Comparando los resultados: Error experimental =

 ó −   ó

Error experimental = 17.22 %

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TABULACIÓN DE RESULTADOS Y PORCENTAJE DE ERROR Tabla N°1 Presiones de vapor calculadas experimentalmente y porcentaje de error respectivo. Temperatura (ºC) 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80

Pvapor (mmHg) 751.02 714.14 691.21 669.29 648.35 625.43 607.49 591.54 566.62 553.67 538.72 520.77 508.81 492.87 477.92 462.96 450.01 435.06 421.90 409.18

% Error -2.42 -0.97 -1.34 -1.77 -2.28 -2.38 -3.21 -4.33 -3.77 -5.31 -6.45 -6.91 -8.56 -9.31 -10.21 -11.07 -12.33 -13.03 -14.02 -15.23

Tabla N° 2 Calores molares de vaporización experimental y teórico y error porcentual ΔHv experimental (cal/mol) 8230.75

ΔHv teórico (cal/mol) 9943.35

Error (%) 18.75

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ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS -

La presión de vapor varía con la temperatura únicamente, calculamos diversos valores de la presión de vapor mediante el método estático y apreciamos que el error al inicio fue pequeño, pero a medida que disminuimos la temperatu ra, el error fue aumentando hasta llegar a un 15%, esto nos da a entender que el método estático puede ser muy eficaz a temperaturas altas (de 99 a 90 °C), pero a temperaturas menores (85 a menos) no es muy preciso.

-

Los porcentajes de error en el cálculo de presión de vapor son aceptables, sin embargo, para obtener resultados más precisos debemos ser más rigurosos en ciertos aspectos, tales como: medición exacta de las temperaturas, alturas precisas medidas en el manómetro, etc.

-

La ecuación de Clausis Clapeyron nos relaciona la presión de vapor y temperatura, usando esta relación logramos calcular el calor molar de vaporización (ΔHv), como la pendiente de la gráfica ln(Pv) vs 1/T. En este caso el porcentaje de error respecto al teórico fue de 18.75%.

-

El porcentaje de error elevado puede deberse a distintos factores, entre ellos la falta de precisión de los datos tomados, el carácter no tan preciso del método a temperaturas menores, entre otros factores que se desvían del comportamiento teórico.

-

Al apreciar la gráfica 1 (del anexo), observamos la relación experimental entre el logaritmo natural de la presión de vapor y la inversa de la temperatura, el cual tiende a una línea recta, donde la pendiente nos ayudará a calcular el calor molar de vaporización experimental del agua.

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES -

La presión de vapor depende directamente de la temperatura, eso quiere decir que a medida que aumentamos la temperatura, aumenta también la presión de vapor, y viceversa.

-

La relación entre la presión de vapor y la temperatura, sin embargo, no tiene una relación directa simple, sino se relaciona con la ecuación de Clausis Clapeyron, la cual nos permite calcular también el calor molar de vaporización a partir de la gráfica logaritmo natural de vapor (ln Pv) vs la inversa de la temperatura (1/T).

-

Al momento de calentar el balón de agua destilada, tener precaución que el agua no alcance el punto de ebullición, ya que esto ocasionaría que el Hg del manómetro pueda salir de éste debido a la presión atmosférica.

-

Un termómetro digital, así como un manómetro lógico, mejoraría considerablemente los resultados y la eficacia del método a su vez.

-

La expresión o ecuación de Clausis Clapeyron es un modelo matemático que relaciona la presión de vapor y la temperatura, y nos permite calcular las presiones de vapor con la temperatura que nosotros le demos a la ecuación.

-

Se recomienda realizar esta experiencia más de 1 vez para corregir algunos datos y tener más precisión en los resultados experimentales.

-

En un sistema homogéneo, como el del agua destilada, la presión de vapor será determinada con facilidad, ya que todo el sistema tiene la misma composición.

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BIBLIOGRAFÍA

-

Raymond Chang, Fisicoquímica Mc Graw Hill Interamericana, 2009, paginas 2432.

-

José Huapaya Barrientos , Fisicoquímica 2005, páginas 14-20

-

Gastón Pons Muzzo, Fisicoquímica, páginas 24-32

-

Wikipedia: Vapor pressure.

-

Perry’s Chemical Engineers Handbook pg 3 -7

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ANEXOS Cuestionario: 1. Indique otros métodos para la determinación de la presión de vapor. En esta sesión nos valimos de la ecuación de Clausis Clapeyron para la determinación de la presión de vapor, sin embargo, otras ecuaciones también nos pueden ayudar a calcular la presión de vapor, entre ellas tenemos:

-

Ley de Raoult: Esta ley es útil cuando no tenemos la presión de vapor del líquido en cuestión puro, sino de una solución, la ley nos dice que:

En donde la presión total del sistema depende de las presiones parciales, así como, las fracciones molares de los componentes de la mezcla gaseosa. La ley de Raoult sin embargo, describe mezclas gaseosas ideales, donde su presión de vapor depende de la cantidad de la misma, mediante su fracción molar, sin considerar las interacciones entre las propias moléculas de la fase gaseosa.

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-


Ley de Henry: Tanto la ecuación de Clausius -Clapeyron y la Ley de Raoult describen líquidos sin ningún tipo de solutos significativos en ellos. Entonces, ¿qué ocurre si el líquido contiene un soluto no volátil, es decir, un soluto que no se evapora y se evapore permanece en la solución? ¿La presión de vapor del líquido aumentará o disminuirá? Resulta que tener un soluto no volátil en el líquido disminuirá la presión de vapor del líquido debido a que los solutos interferirán con el camino de las moléculas del líquido de alta energía, a la superficie de liberarse en la fase gaseosa. Un ejemplo de un soluto no volátil en un líquido sería glucosa en agua.

La ley de Henry nos muestra la relación entre la presión parcial de un disolvente y la concentración de un soluto no volátil disuelto en ella. A medida que la concentración de los solutos no volátiles aumente, la presión parcial del disolvente disminuye.

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2. Explique la relación entre el punto de ebullición de un líquido y su presión de vapor. Podemos formular una definición precisa de presión de vapor pensando en lo que sucede en la superficie del agua. Cuando se introduce el agua, algunas de sus moléculas dejan el líquido y forman vapor. Cuando las moléculas de agua que han escapado del agua líquida chocan con su superficie pueden ser recapturadas por las fuerzas intermoleculares atractivas. A medida que aumenta el número de moléculas en el vapor, muchas de ellas chocan con la superficie hasta que se obtiene una situación en la que el número de moléculas que vuelven al líquido compensa exactamente al número de las que escapan del mismo. En este punto, el vapor se condensa a la misma velocidad que el líquido se evapora. Esto es, la velocidad de vaporización, en moles de H2O por segundo, es igual a la velocidad de condensación. La concentración de moléculas en el vapor, y por tanto su presión, permanece constante y el líquido y el vapor están en "equilibrio dinámico". En un recipiente cerrado, un líquido y su vapor llegan a un equilibrio dinámico cuando la presión del vapor ha alcanzado su valor particular, que depende del líquido y de la temperatura. Esto sugiere la siguiente definición: La presión de vapor de un líquido es la presión ejercida por su vapor cuando ambas fases están en equilibrio dinámico.

Presiones de vapor y punto de ebullición: Consideremos ahora lo que ocurre cuando calentamos agua en un recipiente abierto. Cuando la temperatura del líquido aumenta hasta el punto en que su presión de vapor iguala a la presión atmosférica, la vaporización tiene lugar en todo el líquido porque todo el vapor que se forma escapa a la atmósfera. De esta manera, se forman burbujas de vapor en el líquido y suben a la superficie. Puesto que la vaporización ya no tiene lugar solamente en la superficie, se produce muy rápidamente. Esta es la condición que denominamos "ebullición", la temperatura a la que tiene lugar es el "punto de ebullición". El punto de ebullición aumenta paralelamente a la presión exterior porque deben alcanzarse, mayores temperaturas antes que la presión de vapor iguale a la presión exterior. Por tanto, el punto de ebullición normal de un líquido es la temperatura a la que su presión de vapor es igual a 1 atm.

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3. Defina lo siguiente: Vapor saturado, punto de ebullición y punto de ebullición normal. Vapor saturado: El "vapor saturado" es vapor a la temperatura de ebullición del líquido. Es el vapor que se desprende cuando el liquido hierve. Se obtiene en calderas de vapor. El vapor saturado se utiliza en multitud de procesos industriales difícil de señalar de un vistazo, pues interviene en procesos físicos, químicos, etc. en la obtención de múltiples elementos. También es el método más efectivo y de menor costo para esterilizar la mayoría de los objetos de uso hospitalario, mediante autoclaves. Se utiliza el vapor saturado a presión atmosférica en la hidrodestilación, que son procesos donde por ejemplo se obtiene el aceite esencial de una planta aromática. En labores de limpieza con vapor. En la pasteurización de alimentos y bebidas, etc.

Punto de ebullición: El punto de ebullición de un compuesto químico es la temperatura que debe alcanzar éste para pasar del estado líquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denomina punto de condensación. La definición exacta del punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor iguala a la presión atmosférica. Por ejemplo, a nivel del mar la presión atmosférica es de 1 atm o 760 mmHg, el punto de ebullición del agua a esta presión será de 100°C porque a esa temperatura la presión de vapor alcanza una presión de 1 atm. La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energía cinética de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Al llegar al punto de ebullición la mayoría de las moléculas es capaz de escapar desde todas partes del cuerpo, no solo la superficie. Sin embargo, para la creación de burbujas en todo el volumen del líquido se necesitan imperfecciones o movimiento, precisamente por el fenómeno de la tensión superficial.

Punto de ebullición normal: El punto de ebullición normal es aquél al que el líquido hierve en condiciones normales de presión (a O metros del nivel del mar), que para el agua es 100 grados centígrados.

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Aplicaciones Industriales de la presión de vapor: -

La caldera o g enerador de vapor:

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria. Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para intentar mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse ésta dejaba de producir trabajo útil. Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica, ya que era un industrial inglés muy conocido. La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua, de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro. Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por kW de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura. Dentro de los diferentes tipos de calderas se han construido calderas para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros. Vemos una caldera multi-humotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir los gases de combustión caliente, pasan por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos. Para medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, Watt recurrió a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos 33.000 libras-pie/minuto o sea 550 libras-pie/seg., valor que denominó HORSE POWER, potencia de un caballo. Posteriormente, al transferirlo al sistema métrico de unidades, daba algo más de 76 kgm/seg.

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Gráfica 1: Gráfico del ln (Pv) vs 1/T experimental.

GRÁFICO ln(Pv) vs 1/T 6,700,000 6,600,000 6,500,000 6,400,000 ) v P (

6,300,000

n L

6,200,000 6,100,000 6,000,000 5,900,000

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1/T

Gráfica 2: Gráfico ln (Pv) vs 1/T teórico

Grafico ln(Pv) vs 1/T 6,700,000 6,600,000 6,500,000 6,400,000 ) v P (

6,300,000

n L

6,200,000 6,100,000

6,000,000 5,900,000 5,800,000 0

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1/T

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Informe 2 Fisicoquimica Presión de Vapor

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