Informe de Fisicoquimica - Presion de Vapor

 

“Universidad Nacional Mayor de San Marcos”  Marcos”   FACULTAD DE QUIMICA E INGE INGENIERIA NIERIA QUIM QUIMICA ICA LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I “Presión de vapor” 

Prof.:  Integrantes: Fecha de práctica: 10-09-15 Fecha de entrega: 21-09-15 Turno: Jueves 8-11 am Grupo: E-F

 

INDICE

I) II) III) IV) V) VI)

Introducción ..................... ........................................... ................................. ........... 3 Resumen ......................................... ........................................................... .................. 4 Principios teóricos ......................................... ............................................. .... 5 Procedimiento experimental.............................. experimental.............................. 8 Tabulación de datos y resultados ..................... 9 Cálculos y ejemplos de cálculos ..................... ..................... 12

VII) VIII) IX) X)

Discusión de resultados ..................... .................................. ............. 15 Conclusiones y recomendaciones .................. .................. 17 Apéndice ......................................... ......................................................... ................ 18 Bibliografía ......................................... ..................................................... ............ 22

INTRODUCCION

 

El siguiente informe que prese presentaremos ntaremos a continuación tiene como finalidad hallar la presión de vapor para temperaturas mayores que la ambiental. El vapor se usa regularmente para propulsión (así como fuerza motriz) en aplicaciones tales como turbinas de vapor. La turbina de vapor es un equipo esencial para la generación de electricidad en plantas termoeléctricas. En un esfuerzo por mejorar la eficiencia, se han realizado progresos orientados al uso del vapor a presiones y temperaturas aún mayores Además de la generación de energía, otras aplicaciones típicas de impulso/movimiento son los compresores movidos por turbinas o las bombas, ejemplo: compresor de gas, bombas para las torres de enfriamiento, etc.

RESUMEN

 

El siguiente informe tie tiene ne como objetivo det determinar erminar la presión de vapor de los líquidos a temperaturas m mayores ayores que la a ambiental mbiental mediante el método estático. 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. La presión de vapor de un líquido se relaciona con la temperatura por medio de la ecuación de Claussius Clapeyron, sin embargo existen muchas ecuaciones que estudian esta propiedad de los fluidos, pero de todas maneras estas ecuaciones pueden referirse a la ecuación de Clapeyron:

Ln P2/P1 = (DH/R) vaporización  (1/T1-1/T2) Esta ecuación mediante pasos matemáticos, puede convertirse en: Ln Pvp = A+B/T Al utilizar estas ecuaciones, nos dimos cuenta que la presión de vapor y la temperatura son directamente de vapor en un sistema cerrado,lo cual lo corroboramos con nuestros datos teóricos, aunque exista un margen de error. Debemos tener en cuenta que al calentar hasta los 100 grados retirar la cocinilla para evitar el calentamiento y lograr resultados certeros

Principios teóricos

 

  Tensión de vapor de los líquidos: De acuerdo con la teoría cinética de los gases hay una continua huida de moléculas de la superficie del líquido al espacio libre que se encuentra por encima de él, al mismo tiempo, moléculas de vapor vuelven a la superficie del líquido a una proporción dependiente de la concentración de vapor. La presión ejercida por el vapor que se halla en equilibrio con el líquido lí quido es conocido como la tensión de vapor. Para cada temperatura por debajo de la temperatura critica, hay una cierta temperatura a la cual el vapor y el líquido pueden existir en equilibrio, en todas proporciones, esa temperatura es el punto ebullición normal del líquido.

Calor de vaporización (∆H):  La conversión de un líquido a vapor a la temperatura de ebullición se efectúa mediante un calentamiento continuo del líquido, una vez que se ha alcanzado la temperatura de ebullición. En otras palabras, se debe suministrar energía, no solo para subir la temperatura del líquido hasta el punto de ebullición, sino también para efectuar el cambio de estado. Una de las cosas que hace esta energía es proporcionarles a las moléculas que se están evaporando las velocidades extras necesarias para desligarse de las fuerzas de atracción que ejercen las moléculas en el seno del líquido. Este calor que se suministra a la temperatura de ebullición para efectuar la evaporación se conoce como calor de evaporación.

Vapor saturado:

 

El vapor que se encuentra en equilibrio con su líquido se llama vapor saturado. La presión de vapor saturado de un líquido tiene para cada temperatura un valor fijo, independiente del volumen que se ofrece al vapor. Si el volumen aumenta se forma una nueva cantidad de vapor y , al contrario si el volumen disminuye parte del vapor formado vuelve al estado líquido , como en ambos casos, el número de moléculas gaseosas contenidas en la unidad de volumen, permanecen constante , la presión de vapor saturado depende esencialmente de la temperatura y es idéntica a la tensión de vapor de su líquido a la misma temperatura.

Temperatura critica: Punto crítico, en física, punto de temperatura o presión que corresponde a un cambio en el estado físico de una sustancia. Durante el enfriamiento de una aleación metálica, el punto crítico se alcanza a la temperatura en que q ue se produce una reorganización molecular que da lugar a una nueva forma de la sustancia; generalmente esta reorganización se ve acompañada por la absorción o cesión de calor. La temperatura crítica de un gas es la temperatura máxima de un gas en el que puede licuarse; la presión crítica es la presión necesaria para licuar el gas a esa temperatura. Algunos gases, como el helio, el hidrogeno o el nitrógeno, poseen temperaturas críticas muy bajas y tienen que ser enfriados intensivamen intensivamente te antes de poder ser licuados. Otros, como el amoniaco o el cloro, tienen temperaturas críticas elevadas y pueden licuarse a temperatura ambiente aplicando suficiente presión. Una tercera característica del punto crítico es el volumen crítico, que es el volumen que ocuparía un mol de gas a su temperatura y presión críticas. Estas tres cantidades, las temperaturas, presión y volumen críticos, se denominan conjuntamente constantes de una sustancia.

Ecuaciones de Clapeyron - Clausius

 

Supuso que el valor obedece a la ecuación de los gases ideales y según la cual tomando como base una mol, Vᵥ Vᵥ=RT/P. Además, considero que cuando la temperatura está alejada del punto crítico, el volumen del líquido es muy pequeño en comparación con el volumen del vapor, por la cual podría despreciarse. dP/dT=∆HxP/RxT^2…..1   dP/dT=∆HxP/RxT^2…..1 que es la primera de las l as ecuaciones de clapeyron clapeyron –  –clausius clausius y se conoce como la ecuación aproximada. Luego integrando 1 , sabemos que R es constante y suponiendo ∆H permanece constante en la variación de temperatura, tenemos LnP=-(∆H/R)(1/T)+ LnP=(∆H/R)(1/T)+ C….2  C….2  Que representa la segunda ecuación de Clapeyron-Clausius y en donde C es la constante de integración por haber integrado sin límites la ecuación 1.Llegando al mismo objetivo, pero útil para calcular ∆H en ∆H en un par de puntos: Ln(P2/P1)=( ∆H/R)(T2-T1/T2xT1) ∆H/R)(T2-T1/T2xT1)

 

DETALLES EXPERIMENTALES Instalar el equipo: El equipo ya estaba armado y con la muestra dentro del matraz (figura 1).

Calentar: Se calienta la muestra de agua por debajo de los 100ºC, abierta la llave al exterior, se observa el aumento del vapor de agua (figura 3). Se retira la fuente de calor y se pasa la llave para el manómetro, si no está nivelado se debe nivelar.

Apuntes Se toma apuntes de las presiones manométricas (alturas) a cada temperatura variando en uno hasta los 85ºC. Al final del experimento se cierra la llave conectada al balón y se deja abierta al medio exterior para evitar que el mercurio pase al matraz.

 

TABULACION TABULACIO N DE DATOS Y RESULTADOS

TABLA N° 1 Condiciones ambientales del laboratorio:

Presion mmhg 756

T°C 22

%HR 91,5

TABLA N°2 Datos experimentales: 2.1) Alturas en mmhg T°

h1

h2

Ht= H1+ H2 

99

0

0

0

98

12

13

25

97

24

26

50

96

35

38

73

95

44

48

92

94

54

57

111

93

63

66

129

92

73

77

150

91

81

84

165

90

89

93

182

89

100

104

204

88

105

108

213

87

114

117

231

86

123

128

251

85

135

138

273

84

138

141

279

 

83

144

148

292

82

151

154

305

81

158

162

320

80

164

168

332

TABLA N°3: Datos teóricos:

T°C 99 98

Pv° 733.2 707.2

T°k 372.15 371.15

Ln(P°v) 1/T 6.597 2.687x10-3 6.561 2.694x10-3 -3

 

97 96 95 94 93 92 91 90 89

682.1 657.6 633.9 610.9 588.6 567 546.1 525.8 506.1

370.15 369.15 368.15 367.15 366.15 365.15 364.15 363.15 362.15

6.525 6.489 6.452 6.415 6.378 6.340 6.303 6.265 6.227

2.702x10-3  2.709x10 2.716x10-3  2.724x10-3  2.731x10-3  2.739x10-3  2.746x10-3  2.754x10-3  2.761x10-3 

88 87 86 85 84 83 82 81 80

487.1 468.7 450.9 433.6 416.8 400.6 384.6 369.7 355.1

361.15 360.15 359.15 358.15 357.15 356.15 355.15 354.15 353.15

6.188 6.150 6.111 6.072 6.033 5.993 5.952 5.913 5.872

2.769x10-3  2.777x10-3  2.784x10-3  2.792x10-3  2.800x10-3  2.808x10-3  2.816x10-3  2.824x10-3  2.832x10-3 

 

Tabla N° 4 De los datos experimentales: T°C= T°K-273,15

PV°=Pb-Pman

PV°=756-(H1+H2)

  P°V1=756-0

P°V1=756 mmhg

  P°V2=756-25

P°V2=731 mmhg

  PV°3=756-50

PV°3=706 mmhg

  PV°4=756-73

PV°4=683 mmhg

  PV°5=756-92

PV°5=663 mmhg

    

T°C 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90

Pv 756 731 706 683 664 645 627 606 591 574

T° k 372.15 371.15 370.15 369.15 368.15 367.15 366.15 365.15 364.15 363.15

Ln(Pv) 6.628 6.594 6.560 6.526 6.498 6.469 6.441 6.407 6.382 6.353

1/T 2.687x10-3 2.694x10-3 2.702x10-3  2.709x10-3  2.716x10-3  2.724x10-3  2.731x10-3  2.739x10-3  2.746x10-3  2.754x10-3  -3

89

552

362.15

6.314

2.761x10

 

 

88 87 86 85 84 83 82 81 80

543 525 505 483 477 464 451 436 424

361.15 360.15 359.15 358.15 357.15 356.15 355.15 354.15 353.15

6.297 6.263 6.225 6.180 6.168 6.140 6.111 6.078 6.050

2.769x10-3  2.777x10-3  2.784x10-3  2.792x10-3  2.800x10-3  2.808x10-3  2.816x10-3  2.824x10-3  2.832x10-3 

Cálculos CALCULAR HV°EXPERIMENTAL: Debemos de hallar la siguiente ecuación:

 ° ° =  ∗    +   R=1,987

 = -3971.159  =17.287 Como sabemos que la pendiente es

−° comparamos para 

saber el valor de la entalpia experiemntal: R=1.987

 

 ° =    -3971.159=-Hv°/1.987 Hv°=7890.693 Por lo tanto la ecuación de clausius-clapeyron es: LnPv°=-3971.159*1/T +17.287

OTRA FORMA DE HALLAR: De a ecuación:

2 11     △   2 ) = 2.3log(2 1  21  



 



 





   



 



 



 



 



 



 



  △ ,−,  △  = 9,5 2.3log  2.3log  = 9,54 4     . ,,,   △ ,−,  △  = 9,4 2.3log 2.3log  = 9,488 88     . ,,   △ ,−,  △  = 8.98 2.3log 2.3log  = 8.982 2   . ,, 





 

   △ ,−,       . ,, 2.3log 2.3log    =   △  = 7,61 7,610 0    △ ,−, △  = 7,7 2.3log 2.3log  = 7,788 88     . ,,   △ ,−, △  = 7,5 2.3log 2.3log  = 7,552 52     . ,,   △ ,−, △  = 9,0 2.3log 2.3log  = 9,040 40     . ,,   △ ,−,   △  = 6,6  = 2.3log 2.3log 6,615 15    .   =   △ ,−, △  = 7,6 2.3log 2.3log 7,661 61   . ,, 0  2.3log =   △ ,−, △  = 10,220 2.3log ,, △ − . 2.3log 2.3log   △  = 4,26 4,267 7   =  .  

 

 

 



 



 



 



 



 



 



 



  △ −  △  = 8,70  = 2.3log  2.3log 8,703 3    .    △ −  △  = 9,9971 2.3log 2.3log  = 71   .    △ −  △ = 11,372 2.3log 2.3log  =   .  

 



 



 

   △ −      △  = 3,17  . △ − 2.3log 2.3log   = 3,174 4   6,97 6,976 6  .    △ − △  = 7,13  = 7,134 4   2.3log 2.3log   .    △ − △  = 8.44 2.3log 2.3log  = 8.444 4     .    △ − △  = 6,92  = 6,928 8   2.3log 2.3log   .  Hv=7.97 078 Kcal

Ecuación a hallar es:

△   =     +      =    +  

Donde:

 =  △ 

 

 Ahora según el grafico obtendremos:

.= -4011.47  =   = −△.  .     . .==17.402   756 = 4011.47 +    

 





Por lo tanto la expresión matemática quedaría así:

 1  = 4011.47 + 17.402  

 

  Calculando par de puntos:

Tomamos los extremos para encontrar las pendientes y la constante B, luego sacamos el promedio. Tomamos: T1=372.15°K

Pvapor1=756

1/T1=2.687x10-3 

Ln(Pvapor1)=6.628 T20=353.15°K T20=353.15 °K

Pvapor20=424

1/T20=2.832 1/T20=2.832x10 x10-3 

Ln(Pvapor20)=6.050

Ln(Pvapor) = -∆Hv/R(1/T) -∆Hv/R(1/T) +B

Ln(Pvapor1) = -∆Hv ∆Hv/R(1/T1) /R(1/T1) +B Ln(Pvapor20) = -∆Hv/R(1/T20) -∆Hv/R(1/T20) +B Reemplazando sus valores: 6.628=-∆Hv/Rx2.687x10 6.628=∆Hv/Rx2.687x10-3  +B

…………………………………………………… ………………………………………………………………. …………. (1) (1)  

6.050=-∆Hv/Rx2.832 6.050=∆Hv/Rx2.832 x10-3 + B ……………………………………… ………………………………………………………………. ………………………. (2) (2)   Restando las ecuaciones (1)-(2) 0.578=-∆Hv/Rx(2.687 0.578=∆Hv/Rx(2.687 x10-3 - 2.832 x10-3) ∆Hv=7920.59 Hallando el ‘’B’’ reemplazando el valor de ∆Hv :  :  6.628=-(7920.59)/Rx2.687x10-3  +B B=17.339

 

CALCULANDO EL ERROR EXPERIMENTAL:

ERROR EXPERIMENTAL Tener en cuenta (Hv°TEORICO=9720)

  %Error experimental =



−.    ∗ 100=18.82

Por la segunda ecuación de clausius

  %Error experimental

= −.    ∗ 100=17.998%

  %Error experimental

= −.    ∗ 100=18.51%





 

CONCLUSIONES



ápidamente directamente   La presión de vapor desciende o aumenta rrápidamente con la temperatura debido a que las moléculas se escapan de la fase líquida cuando se aumenta la temperatura y disminuyen cuando la temperatura baja.



  La presión de vapor es independiente del volumen del espacio sobre el líquido y el volumen del líquido siempre y cuando estos existan.



  Tener cuidado en el momento de trabajar en el manómetro de mercurio tanto al nivelar el mercurio al inicio y tomar las alturas cuando la temperatura desciende ya que nuestros datos dependerán mucho de la exactitud que tengamos al tomar esas medidas.

Recomendaciones

procurar disponer de los mate materiales riales para la practica   se debe procurar



  debemos de colocar correctamente el papel milimetrado detrás del



manómetro para lograr resultados certeros.   Al calentar el balón con agua destilada hasta los 100°c debemos de



retirar la cocinilla cocinilla rápidamente para evitar sobre calentami calentamiento. ento.

  Al terminar con el experimento debemos cerrar la llave conectada al



manómetro, de lo contrario el mercurio puede pasar al balón.

  Se debe tratar de ser precisos al tomar el tiempo ,ya que se debe



marcar en el papel milimetrado

 

APENDICE 

Cuestionario: 1)  Indique otros métodos para la determinación de la presión de vapor.

Se dispone de varios mét métodos odos experimentales para medir la presión del vapor en función de la temperatura.

Método de saturación gaseosa: se hace burbujear lentamente un volumen conocido de un gas inerte a través de un líquido, el cual se mantiene a temperatura constante en un termostato. La presión del vapor se calcula mediante una determinación de la cantidad de vapor contenida en el gas saliente o por la pérdida de peso del líquido. 

Método dinámico: Se mide la variación del punto de ebullición con la presión externa aplicada. La presión total sobre el líquido puede variarse y mantenerse a un valor dado mediante el uso de un balón de compensación de gran capacidad; entonces se mide esa presión con un manómetro de mercurio. El líquido objeto del estudio se calienta hasta que hierve; se mide la temperatura del vapor de reflujo con el fin de evitar los efectos de sobrecalentamiento.

Método del isoteniscopio de smith y menzies: Un isoteniscopio es un aparato empleado para la medición de la presión la presión de vapor de sustancias en fase en  fase líquida. El líquida. El instrumento consta de un manómetro y de un recipiente en el cual se introduce la sustancia cuya presión de vapor se va a medir. La apertura del manómetro se conecta a un sensor de presión. Es necesario utilizar una célula de vacío para ajustar la presión del sistema y purificar la muestra.  El isoteniscopio es particularmente útil para el intervalo de temperaturas entre 20 y 150 °C, y para presiones de vapor entre 1 y 100 kPa.

 

  2)  Explique la relación entre el punto de ebullición de un líquido y su

presión de vapor.  La relación existente existente es que cuando la presión de vapor se igu iguala ala a la presión atmosférica la temperatura a la ccual ual se logra esto se lllama lama punto de ebullición y por lo cual esta sería la máxima presión de vapor.

3)  Defina: 

Vapor saturado: Es el vapor en un estado de equilibro entre la fase liquida y gaseosa

Punto de ebullición: Es el punto a la cual se da la igualdad de la presión de vapor y la presión del exterior en este caso la atmosférica

Punto de ebullición normal: El punto de ebullición normal normal de un líquido, es la temperatu temperatura ra a la cual la presión de vapor es igual a 760 mmHg o 1 atm.

Gráficos:

 

Otros:

GRAFICO 1 :valores experimentales 7 6 5 4 1/T 3

Ln(Pv)

2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 1 12 21 13 31 14 41 15 51 16 61 17 71 18 81 19 92 20 0

Grafico N2 : datos teóricos 7 6 5

4

1/T

3

Ln(P°v)

2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 1 12 21 13 31 14 41 15 51 16 61 17 71 18 81 19 92 20 0

 

 

A TET°C 99 98 97 96

Pv° 733.2 707.2 682.1 657.6

95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80

633.9 610.9 588.6 567 546.1 525.8 506.1 487.1 468.7 450.9 433.6 416.8 400.6 384.6 369.7 355.1

 

 

BIBLIOGRAFÍA

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/presiondevapor/presiondevapor.htm l 

Fisicoquímica - Gilbert W. Castellán 2ª Edición   http://www.ecured.cu/index.php/Presi%C3%B3n_de_vapor  http://www.ecured.cu/index.php/Presi%C3%B3n_de_vapor  http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/kinetic/watvap.html 

Fisicoquímica de Atkins-6ta Edición