UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
FÍSICA 2 (MB224) INFORME DE LABORATORIO N°6: TEMA:
PRESIÓN DE VAPOR SATURADA
INTEGRANTES: GÓMEZ CASAS RENZO JESÚS
CÓDIGO: 20151143J
I!U"N SANTIAGO JEAN PIERRE
CÓDIGO: 2014043#J
SECCIÓN: $E%
PROFESOR: ING& PAC'AS JOS"
2016
PROLOGO
En este laboratorio N°6 “Presión de Vapor Saturado” usaremos el mercurio como elemento básico para medir la presión de vapor de agua a diferentes temperaturas. Para ello el mercurio estará conectado en un tubo en forma de ! este en un matra" con un termómetro# cerrado $erm%ticamente& ! un mec$ero 'unsen en llama no luminosa calentara el agua en el matra". (uego en el matra" $abrá escape del aire ! ese vac)o será copado por el vapor de agua. Es en estos instantes *ue se tomara medidas de la presión de vapor del agua. En estas mediciones se tomará en cuenta el incremento de la altura del mercurio por cada variación de temperatura. Este informe tiene como ob+etivo “,E-E/0N1 (1S ,02EEN-ES PES03NES ,E V1P3 ,E( 141 1 N3S 50E-3S °5”.
1) OBJETIVOS: •
Estudiar la variación de la tensión de vapor de agua en función de la temperatura.
2) MARCO TEÓRICO: ,e acuerdo a la teor)a cin%tica las mol%culas de un l)*uido tienen una velocidad promedio para cada temperatura. Si bien a una determinada temperatura el promedio de las velocidades es caracter)stica# individualmente $a! mol%culas cu!as velocidades difieren entre s)# una son mu! lentas ! otras mu! rápidas. Sin embargo algunas de las mol%culas de los vapores de un l)*uido pueden estudiarse reali"ando una eperiencia similar a la reali"ada por -orricceli. El comportamiento de los vapores de un l)*uido puede estudiarse reali"ando una eperiencia de similar a la reali"ada por -orriccelli.
P!"#$% &! '*: (a P!"#$% &! '* o más com7nmente presión de saturación es la presión a la *ue a cada temperatura las fases l)*uidas ! vapor se encuentran en e*uilibrio& su valor es independiente de las cantidades de l)*uido ! vapor presentes mientras eistan ambas. En la situación de e*uilibrio# las fases reciben la denominación de l)*uido saturado ! vapor saturado. tilicemos el siguiente es*uema8
En el dibu+o se representa un recipiente cerrado# lleno parcialmente de un l)*uido. Este li*uido como toda sustancia está constituida por mol%culas 9bolitas negras:# *ue están en constante movimiento a a"ar en todas direcciones. Este movimiento errático# $ace *ue se produ"can c$o*ues entre ellas# de estos c$o*ues las mol%culas intercambian energ)a# tal ! como $acen las bolas de billar al c$ocar& algunas aceleran# mientras otras se frenan. En este constante c$o*ue e intercambio de energ)a# algunas mol%culas pueden alcan"ar tal velocidad# *ue si están cerca de la superficie pueden saltar del l)*uido 9bolitas ro+as: al espacio cerrado eterior como gases. 1 este proceso de conversión lenta de los l)*uidos a gases se les llama evaporación. 1 medida *ue mas ! mas mol%culas pasan al estado de vapor# la presión dentro del espacio cerrado sobre el li*uido aumenta# este aumento no es indefinido# ! $a! un valor de presión para el cual por cada mol%cula *ue logra escapar del li*uido necesariamente regresa una de las gaseosas a %l# por lo *ue se establece un e*uilibrio ! la presión no sigue subiendo. Esta presión se conoce como presión de vapor saturado.
F+,*!" &! -.! &!!%&! / P!"#$% &! '*: •
(a naturale"a del l)*uido
•
(a temperatura
I%/.!%+# &! / %,./! &!/ /-.#&* El valor de la presión de vapor saturado de un l)*uido# da una idea clara de su volatilidad# los l)*uidos más volátiles 9 %ter # gasolina# acetona etc.: tienen una presión de vapor saturado más alta# por lo *ue este tipo de l)*uidos# confinados en un recipiente cerrado# mantendrán a la misma temperatura# un presión ma!or *ue otros menos volátiles. Eso eplica por*u%# a temperatura ambiente en verano# cuando destapamos un recipiente con gasolina# notamos *ue $a! una presión considerable en el interior# mientras *ue si el l)*uido es por e+emplo& agua# cu!a presión de vapor saturado es más ba+a# apenas lo notamos cuando se destapa el recipiente. Si un soluto es no volátil la presión de vapor de su disolución es menor *ue la del disolvente puro. 1s) *ue la relación entre la presión de vapor ! presión de vapor del disolvente depende de la concentración del soluto en la disolución. Esta relación está dado por la le! de aoult# 9un
cient)fico franc%s# 2ran;ois aoult:# *ue establece *ue la presión parcial de un disolvente sobre una disolución está dada por la presión de vapor del disolvente puro# multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución.
I%/.!%+# &! / ,!3!,. (a presión de vapor en los l)*uidos crece rápidamente al aumentar la temperatura& as)# cuando la presión de vapor es igual a < atmósfera# el l)*uido se encuentra en su punto de ebullición !a *ue el vapor# al vencer la presión eterior# se puede formar en toda la masa del l)*uido ! no sólo en su superficie. (a relación entre la temperatura ! la presión de vapor saturado de las sustancias# no es una l)nea recta# en otras palabras# si se duplica la temperatura# no necesariamente se duplicará la presión# pero si se cumplirá siempre# *ue para cada valor de temperatura# $abrá un valor fi+o de presión de vapor saturado para cada l)*uido. (a eplicación de este fenómeno se basa en el aumento de energ)a de las mol%culas al calentarse. 5uando un l)*uido se calienta# estamos suministrándole energ)a. Esta energ)a se traduce en aumento de velocidad de las mol%culas *ue lo componen# lo *ue a su ve" significa# *ue los c$o*ues entre ellas serán más frecuentes ! violentos. Es fácil darse cuenta entonces# *ue la cantidad de mol%culas *ue alcan"arán suficiente velocidad para pasar al estado gaseoso será muc$o ma!or# ! por tanto ma!or tambi%n la presión.
4) REPRESENTACIÓN ESUEM5TICA: M,!#/!":
na base (e!bold grande. na varilla de acero. ,os pin"as. /ec$ero 'unsen. na matra" con un tapón bi$oradado. n tubo en forma de invertido. n termómetro. n tubo de ensa!o. <=> g de mercurio.
P*+!#!%,*: E-.#* A3&* Tubo en forma de U Termómetro Ta ón bihoradado Matraz con agua Mechero Bunsen
Varilla de Acero
Tubo de ensayo con 'ase Leybold
<. (lenar con gua $asta la mitad del matra" ! luego colocar el tapón con el tubo en forma de invertida# teniendo cuidado *ue el bulbo del termómetro est% bastante cerca del l)*uido pero sin tocarlo. ?. /ediante un calentador lleve el l)*uido al punto de ebullición ! mantenerlo en estas condiciones $asta desalo+ar todo el aire contenido en el matra" ! en el tubo. @. 1 continuación introdu"ca el etremo libre del tubo en en el interior del tubo de ensa!o *ue contin7e una determinada cantidad de mercurio# *uitando al mismo tiempo la fuente de calor. Verifi*ue *ue el etremo inferior del tubo en llegue al fondo del tubo de ensa!o. A. 1 medida *ue disminu!e la temperatura del vapor observe *ue el mercurio asciende por el tubo en lo cual indica *ue l tensión del vapor está descendiendo. /ediante el desnivel *ue eiste entre la columna de mercurio en el tubo en ! l superficie libre del mercurio en el tubo de ensa!o puede conocerse la tensión de vapor *ue corresponde a cada temperatura. B. 2inali"ada la eperiencia# recupere el mercurio abriendo lentamente la válvula *ue $a! en el tapón del matra".
) C5LCULOS 7 RESULTADOS: 18 - 9°5: D DB D? D> ==
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Presión de Agu Mercuri Mismo nivel-Misma !
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,e donde8
PVAPOR 9 PATM P;ID8 DEL ;< P;ID8 DEL ;20 PV1P3 9D°5: F 6>H<<=H
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9agua:.$ 9agua:.g 9gravedad:
PV1P3 9DB°5: F6>H
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PVAPOR (=2°C) 94=841 33@< PV1P3 9D>°5: F 6>H?@>H
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PV1P3 9D>°5: F6>H?@>H<?.@BD.=<
PVAPOR (=0°C) 9068=46 33@< PV1P3 9==°5: F 6>H?>H
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9agua:.$ 9agua:.g 9gravedad:
PV1P3 9==°5: F6>H?>H<?.D.=<
PVAPOR (°C) 946?81? 33@< - 9°5:
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6) RECOMENDACIONES: •
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-ener cuidado con el mercurio !a *ue es un l)*uido mu! toico para el $ombre. Verificar *ue el matra" este bien tapado al momento de calentar por*ue si no# se obtendr)an unas mediciones erróneas con la altura del agua ! del mercurio por la entrada del aire en el matra". Ser cauteloso al momento de conectar el tubo en forma de con el tubo de ensa!o *ue contiene el mercurio. (a llama del mec$ero debe ser de color a"ul ! no amarilla !a *ue# en el segundo caso $ace *ue se forme $oll)n en el matra"# en cambio# el de llama a"ul no. Se debe calentar el agua de matra" una temperatura aproimada al de la vapori"ación.
>) CONCLUSIONES 7 COMENTARIOS: Se $allo las presiones de vapor para unas ciertas temperaturas dando
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como presión8 6?D.@B# 6?>.@?@# BAD.A<=# B>6.DA6B !
[email protected]<@ con unos errores de .6=# ?.?B<@# @.?
°5 la columna de mercurio vario <<.? mm mientras *ue la columna de agua vario <.< mm. 3bservamos el efecto del e*uilibrio dinámico *ue se produce entre la fase li*uida ! de vapor. (a temperatura modifica la presión de vapor del agua esto debido a *ue guardan una relación proporcional. En el marco teórico se afirmó *ue a medida *ue la temperatura aumenta esta aumenta la cantidad de energ)a cin%tica ! el n7mero de mol%culas *ue efect7an presión dentro del tubo en # de modo *ue si $a! más
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temperatura $a! más presión ! si $a! menos temperatura $abrá menos presión. 1s)# se puede comprobar ! concluir *ue esto es cierto. ,ebido al poco mercurio proporcionado en el laboratorio se decidió tomar variaciones más pe*ueJas de temperatura# por*ue si se tomaba ma!ores valores el mercurio podr)a subir por el tubo en u# dificultando ! ec$ando a perder todo el eperimento.
) BIBLIOGRAFÍA: a: b: c: d: e: f:
/anual de (aboratorio de 2)sica SerKa! 6ed# “(ibro para ciencia e ingenier)a” $ttp8LLKKK.vaasoftKare.comLdocMeduL*uiLpv$?o.pdf
$ttps8LLes.Kiipedia.orgLKiiLPresiI5@I'@nMdeMvapor Navarro ! -a!pe# “2)sica ?” $ttp8LLKKK.sc.e$u.esLsbKebLfisicaLestadisticaLotrosLvapor
