LN – 14h 14h – F.Q.I F.Q.I – E E - F UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA E.A.P. INGENIERÍA QUÍMICA – 07.2 LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
PRACTICA № 03:
PRESIÓN DE VAPOR
INTEGRANTES: RIVERA NUÑEZ JHAMER CLINTON
17070123 17070123
LEON MANCILLA JAIRO ALBERTO
17070039
PROFESOR: FRANCISCO TORRES DIAZ FECHA DE REALIZACION: 03/09/18 FECHA DE ENTREGA: 10/09/18
INDICE Resumen………………………………………………………… ...........1 Introducción…………………………………………………… ............2
Parte teórica……………………………………………………………. 3 Detalles Experimentales………………………………………………. 4 materiales………………………………………………………………………4 procedimiento………………………………………………………………...4
Tabla de datos…………………………………………………………. 5 Discusión de resultados………………………………………………. 8 Anexo………………………………………………………………… .....9
1. RESUMEN En el presente informe se determinó la presión de vapor del agua a gua a temperaturas entre los 97°C y 84°C, una presión de 756 mmHg y un 94% de %HR, mediante el método estático el cual se basa en el concepto de la presión de vapor, 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 encuentra en equilibrio dinámico. Con este método se determinó una con un error aproximado error aproximado de %. De lo que se concluye la relación que tiene temperatura con la presión de vapor. Se recomienda para esta experiencia verificar antes de iniciar la práctica en el laboratorio, el sistema con el cual se va a trabajar debe estar de acuerdo a lo indicado en la guía en especial el nivel del mercurio en el manómetro.
∆ = ⁄
Porcentaje de error: 7.72% Calor molar de vaporización teórico: 9720 cal/mol Calor molar de vaporización experimental: 8968 cal/mol mediciones necesarias de 97ºC a 83ºC (debido a problemas de apagado del horno)
2.INTRODUCCION Todos los sólidos y líquidos producen vapores consistentes en átomos o moléculas que se han evaporado de sus formas condensadas. Si la sustancia, sólida o líquida, ocupa una parte de un recipiente cerrado, las moléculas que escapan no se pueden difundir ilimitadamente sino que se acumulan en el espacio libre por encima de la superficie del sólido o el líquido, y se establece un equilibrio dinámico entre los átomos y las moléculas que escapan del líquido o sólido y las que vuelven a él. La presión correspondiente a este equilibrio es la presión de vapor y depende sólo dela naturaleza del líquido o el sólido y de la temperatura. Se sabe que el agua no hierve a presión atmosférica y temperatura ambiente; sin embargo, cuando es calentada a 100 °C se presenta este fenómeno. Esto se debe a que la presión de vapor del agua a 100 °C es la presión atmosférica. Cualquier líquido en un recipiente abierto, hierve cuando es calentado a un nivel tal que su presión de vapor es la presión atmosférica. Inversamente, un líquido no hierve mientras que su presión de vapor es menor que dicha presión. De este modo, si la presión de vapor del aceite crudo en un tanque es menor que la presión atmosférica, no se presenta evaporación.
a) Presión de vapor La Presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases líquidas y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado b) Variación de la presión de vapor con la temperatura La presión de vapor cambia muy poco al aumentar la temperatura, a medida que aumenta la temperatura, la presión presión de vapor vapor muestra una rapidez de cambio cada vez mayor y a temperaturas muy elevadas elevadas la pendiente de la curva curva se hace muy pronunciada, la presión de vapor en términos de la temperatura muestra un comportamiento exponencial. Al graficar el logaritmo de la presión (log P) en función del reciproco de la temperatura absoluta (T-1) se obtiene una una línea recta con pendiente pendiente negativa. En cada líquido, se puede obtener una recta de diferente pendiente. Usando la herramienta matemática, la ecuación ecuación de Clausius Clausius – – Chapeyron tenemos lo siguiente:
= ∆ = ∆ ∆ Donde: ∆Hv = Entalpia o calor molar de vaporización Vl, Vg= volúmenes de líquido líquido y gas dP/dT = variación de presión de vapor con la temperatura Integrando la formula anterior obtenemos:
= ∆ + Donde: ∆Hv = entalpia o calor molar
Al Graficar Ln P vs 1/T se obtiene una línea recta cuya pendiente es -∆Hv/R -∆Hv/R y a partir de ello se puede hallar ∆Hv
a) Calor latente de vaporización (λv) Es aquel calor necesario para el cabio de estado de líquido a gas por cada gramo de sustancia, que se obtiene generalmente a 1atm de presión. Para un mol se expresa como ∆Hv. Este calor se relaciona con el cambio de energía interna mediante la siguiente expresión:
∆ = ∆ ∆ Donde a presiones moderadas ∆V =Vg, volúmenes de volúmenes de vapor formado, ya que el volumen del líquido puede despreciarse, el volumen de vapor puede calcularse mediante la ley del gas ideal: nRT/P.
a) Materiales: *El equipo usado usado en esta experiencia experiencia ya se se encontraba armado perfectamente y el consta de las siguientes partes: -Balón de destilado con tapón de doble escape. -Termómetro 0-100 °C -Manómetro -Llave de doble vía -Cocinilla eléctrica -Papel milimetrado
b) procedimiento: 1° Se instala el equipo, se llena el matraz con agua destilada hasta 1/3 de su volumen Total, manteniendo la llave abierta al ambiente. 2° Se calienta el agua hasta ebullición, la temperatura no debe exceder de 100°C. 3° Retire inmediatamente la cocinilla para evitar sobrecalentamiento y paralelamente invierta la posición de la llave, de forma que en el manómetro quede conectado con el balón. 4° A partir de 98°C anote las temperaturas y presiones presiones manométricas hasta llegar a 85°. Tome sus lecturas en intervalos de 1°C. Para ello nos ayudamos colocando papel milimetrado detrás del manómetro.
condiciones de laboratorio
℃
Temperatura ( ) 20
Presión atmosférica (mmHg) 756
% de Humedad Relativa 94%
datos experimentales obtenidos en el laboratorio y también obtenidos mediante operaciones simples. Temperatura
℃
K
Presión Presión manométrica Absoluta(mmHg) (mmHg)
1 10−
Ln(P)
756Pm 97
370
20
736
2.703
6.601
96
369
34
722
2.710
6.582
95
368
60
696
2.717
6.545
94
367
70
686
2.725
6.530
93
366
86
670
2.732
6.507
92
365
110
646
2.740
6.470
91
364
127
629
2.747
6.444
90
363
150
606
2.755
6.406
362
171
585
2.762
6.371
88
361
182
574
2.770
6.352
87
360
210
546
2.778
6.302
86
359
236
520
2.786
6.254
85
358
259
497
2.793
6.209
84
357
292
464
2.801
6.140
89
Datos teóricos obtenidos del hand book of chemistry and physics editorial Calor molar de vaporización Agua destilada 9720 cal/mol R 2 cal/mol*k
con los datos de presión de vapor y temperatura, construya una gráfica de ln(p) vs 1/T.
Ln(pv) 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3 6.2
y = -4484.1x + 18.745
6.1 0.00268
−) ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,×− ,− 1/T (
0.0027
Ln(Pv) 6.601 6.582 6.545 6.530 6.507 6.470 6.444 6.406 6.371 6.352 6.302 6.254 6.209 6.140
0.00272
0.00274
0.00276
0.00278
0.0028
0.00282
b) Calcule el calor molar de vaporización de la muestra, empleando la Ecuacion de Clausius-Clapeyron y los datos de la grafica a) Primero se halla la ecuación de la recta ya corregida con técnica de regresión línea de la gráfica número 1 (Ln(P) vs 1/T).
= + . . Luego esta ecuación se compara con la ecuación de Clausius –Clapeyron –Clapeyron ya integrada.
= ∆ + Donde: *LnP: Es la variable Y *(-∆Hv)/R: *(-∆Hv)/R: Es la pendiente de de un recta *1/T: Es la variable X Finalmente se iguala la pendiente pendiente de las 2 ecuaciones para hallar la entalpia de vapirizacion.
∆ 4484 = 2.000 ∆ = / c)encuentre una expresión matemática de variación de la presión de vapor con la temperatura.
∆ (21) 2.3log(2 ) = 1 2.1
Acomodando la ecuacion ecuacion par facilitar facilitar los calculos: calculos:
2.1 ) ∆ = (2 ) ( 1 21 369∗370 ) ∆ = ln(6.582 )∗1.987∗( 6.601 369370 ∆ = 787.040 /
Se calculó del porcentaje de error comparando el valor teorico con el valor experimental obtenido en del grafico numero 1. Valor teorico y experimental en cal/mol de la entalpia de vaporizacion del agua respectivamente 9720 y 6992.
% = ∆∆ ∆ ∗100% 8968/ ∗ 100% % = 9720/ 9720/
% % = 7.72% Por lo visto el porcentaje de error fue relativamente bajo gracias a que pudimos medir a tiempo la variación de alturas en el barómetro, cada que bajaba la temperatura en un 1 grado nosotros nos disponíamos a apuntar la nueva variación. Aun asi el hay error notorio gracias a que posiblemente hubo una fuga de gas al momento de medir las presiones, ademas que tuvimos que iniciar el experimento desde los 97ºC debido a problemas con el apagado del horno Al finalizar la práctica podemos concluir concluir que luego de hacer hacer los cálculos se logró determinar la presión de vapor, se logró demostrar la relación r elación que guarda la ecuación de Clausius-Clapeyron con la ecuación de una recta de pendiente
negativa con la cual se pudo hallar la entalpia de vapor de agua con valores experimentales.
Pons Muzzo, G.,(2016), Fisicoquímica curso básico para profesiones científicas 6 ed., Pag(205-211), Lima, Perú: Universidad Nacional Mayor de San Marcos Castellan W.,G.,(1998), Fisicoquímica 2 ed., Pag(93-95), Washington D.C, EE.UU, University of Maryland, Addison Wesley Publishing Company, Inc. Reading Massachusetts E.U.A Levine N., I.,(2005), Problemas de Fisicoquímica 5ed., Pag(21-22),New York, EE.UU., Brooklyn College, Mc. Graw Hill Editors
