Informe Fisicoquimica 1-Presion de Vapor

UNMSM Facultad de Quimica e Ing.Quimica

Laboratorio de Fisicoquimica I

Presion de Vapor Profesor: nibal Figueroa Integrantes: !"ean Pierre #amos Vilc$e% !#afael &enitago'a &enitago 'a (anta Fec$a de Practica: )* de octubre del +)*, Fec$a de -ntrega: ) de octubre del +)*, (urno: "ue/es 0!** .M. 1rupo: !2 *

Indice I3Introducci4n 5 II3#esumen 6 III3Principios

(e4ricos

, IV3Procedimiento

-7perimental

 V3(abulaci4n

de

8atos

'

#esultados

0 VI39lculos

'

-;emplo

** +

de

9lculos

VII38iscusi4n

de

#esultados

*+ VIII39onclusiones

'

#ecomendaciones

*5 Iquida? para una temperatura determinada? en la que la fase l>quida ' el /apor se encuentra en equilibrio dinmico@ su /alor es independiente de las cantidades de l>quido ' /apor presentes mientras e7istan ambas. La propiedad en estudio es importante en el diseAo ' operaci4n de procesos industriales? qu>micos? f>sicos ' biol4gicos como consecuencia de la e7istencia de interfaces en las que participa el /apor.

5

La aplicaci4n de los principios ' conceptos de presi4n de /apor de los l>quidos es primordial en el estudio del grado de to7icidad de diferentes compuestos? en el terreno de las ciencias meteorol4gicas? en el mbito de la medicina ' farmacia? como as> tambi=n en la fabricaci4n de esencias utili%adas en la fabricaci4n de perfumes ' otros productos similares. -ste es un concepto que es ampliamente utili%ado en distintos mbitos de la ciencia ' de la industria. Su aplicaci4n al entendimiento de fen4menos de sucesos cotidianos? relacionados con el mbito de la ciencia o con procesos en la industria? ;ustifica la importancia del desarrollo de este tema.

6

#esumen -n esta tercera practica /emos la presion de /apor que es la presi4n de la fase gaseosa o /apor de un s4lido o un l>quido sobre la fase l>quida? para una temperatura determinada? en la que la fase l>quida ' el /apor se encuentra en equilibrio dinmico. Nuestro ob;eti/o para esta practica es determinar la presion de /apor de lo liquidos a temperaturas ma'ores que la ambiental mediante el Metodo -statico '? luego calcular el calor molar de /apori%acion del liquido. Nosotros obtenemos un calor molar de 5,B+.+C0 "Dmol ' con un porcenta;e de error de *+.+6E. Se puede decir que la temperatura es directamente proporcional a la presi4n de /apor.  su /e%? la in/ersa de la temperatura es in/ersamente proporcional al logaritmo de la presi4n de /apor. Se puede recomendar tener cuidado al momento de reali%ar las lecturas tanto en el term4metro como en el man4metro? siendo recomendable que quien realice la lectura cuide que su l>nea de /isi4n sea $ori%ontal a la medida que se indica en los instrumentos.

,

Principios (e4ricos *3Presi4n de Vapor.!-s la presi4n a la cual el liquido ' el /apor se encuentran en equilibrio. -sta presi4n llamada tambi=n de saturaci4n? es funci4n de la temperatura e independiente de las cantidades relati/as de l>quido ' de /apor presentes. 9ada l>quido tiene una presi4n de /apor caracter>stica a una temperatura dada@ en el caso de me%clas de l>quidos ' soluciones? la presi4n de /apor depende de la naturale%a ' las proporciones relati/as de la sustancia en la soluci4n a una temperatura dada. -n la prctica s4lo consideramos sistemas de un solo componente? en los cuales el l>quido ' el /apor tienen la misma composici4n ' e7iste una presi4n para una temperatura fi;a. +3Variaci4n de la Presi4n de Vapor con la (emperatura.!La presi4n de /apor de un l>quido es directamente proporcional a la temperatura. -sta relaci4n se obser/a mediante la ecuaci4n de 9lausius!9lape'ron: ∆ H V   ∆ H V  dp … … . ( 1) =  = dT  ( V g−V l ) T  T ∆ V 

8onde: GV:-ntalp>a 4 calor de /apori%aci4n Vl?Vg:VolHmenes de l>quido ' gas respecti/amente/apor saturado3 dpDd(:#elaci4n de la presi4n de /apor con la temperatura. Si se asume que V* es despreciable en comparaci4n con Vg? que Vg J#(DP ? ' G es constante? se tiene la siguiente ecuaci4n: dP ∆ H V  =  dT …… ( 2 )  P  R T 2

Integrando? sin l>mites? se tiene: lnP =

−( ∆ H V )  RT 

+C … … (3 )

l plotear lnP /s *D(? se obtiene una l>nea recta cu'a pendiente es K GVD#3? ' a partir de =sta se $alla G V.

B

Integrando entre l>mites? ' asumiendo GV  constante en el rango de temperatura de e7periencia? de la ecuaci4n +3 se obtiene la segunda ecuaci4n de 9lausius!9lape'ron. 2.3log

( )  P2  P1

=

(

∆ H V  T 2 −T 1  R

T 2 . T 1

)

…… ( 4 )

La presi4n de /apor tambi=n se puede e7presar como una funci4n de la temperatura mediante la integral de la ecuaci4n +3 2

3

lnP = A / T + BT + CT  + DT  … ( 5 )

Los coeficientes ?2?9 ' 8 se a;ustan para las unidades de presi4n. 539alor Latente de Vapori%aci4n ( λV ) .!9alor necesario para el cambio de estado de liquido a gas por cada gramo de sustancia? que se obtiene generalmente a * atm de presi4n. Para una mol se e7presa como G V. -ste calor se relaciona con el cambio de energia interna mediante:  Δ U = Δ H − Δ ( PV  ) … … ( 6 )

8onde a presiones moderadas el V es el /olumen del /apor formado? 'a que el /olumen del l>quido puede despreciarse? el /olumen del /apor puede calcularse mediante la le' del gas ideal:n#(DP



Procedimiento -7perimental *3M=todo -sttico: a3Instale el equipo como se muestra en la Fig*3 b3Llene el matra% con agua destilada $asta *D5 de su /olumen total?manteniendo la lla/e abierta al ambiente. La presi4n dentro del matra%? es igual a la atmosferica?por lo tanto el ni/el de mercurio en cada rama del man4metro es el mismo. c39aliente el agua $asta ebullicion? la temperatura no debe e7ceder de *))9. d3#etire inmediatamente la cocinilla para e/itar sobrecalentamiento ' paralelamente in/ierta la posicion de la lla/e? de forma que el manometro quede conectado con el balon. Inicialmente el ni/el de mercurio en ambas ramas debe ser igual? de lo contrario ni/ele. e3 partir de CC9 anote las temperaturas ' presiones manometricas $asta llegar a 0)9. (ome sus lecturas en inter/alos de *9. 8ebido al enfriamiento en el matra%? el /apor empie%a a condensarse? ' crea un ligero /acio dentro de el? por lo tanto la columna conectada al balon sube en tanto que la abierta al ambiente ba;a. f3(erminado el e7perimento cierre la lla/e conectada al balon ' de;ela abierta al ambiente? de esta forma e/itara que el mercurio pase al balon.

0

Fig.*

C

(abulacion de 8atos ' #esultados (2L *9ondiciones de Laboratorio3 PmmGg3 (93 EG#

,B ++ C+

(2L +8atos -7perimentales3 PabsJPatm!Pman

PatmJ* atmJ,B mmGg

(abla +.*. Presion de /apor a dif.temperaturas  T(°C) 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80

T(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

H1(cm) 0 1 1.5 2.5 3.6 5 6.1 7 7.9 9.3 10.3 10.8 11.4 12.5 13.2 14 14.8 15.7 16.5 17

H2(cm) 0 1 1.2 2.6 3.6 5.1 5.9 7 7.8 9.8 10.2 10.7 11.4 12.4 13.1 14 14.8 15.7 16.3 16.7

*)

Ht(mm) 0 20 27 51 72 101 120 140 157 191 205 215 228 249 263 280 296 314 328 337

Pv(mm Hg) 756 736 729 705 684 655 636 616 599 565 551 541 528 517 493 476 460 442 428 419

(abla +.+.8atos para graficar *D(!*3 ).))+B0 ).))+BC6 ).))+)+ ).))+)C ).))+*B ).))++6 ).))+5* ).))+5C ).))+6B ).))+,6 ).))+B* ).))+BC ).))+ ).))+06 ).))+C+ ).))+0)) ).))+0)0 ).))+0*B ).))+0+6 ).))+05+

(3 5+.*, 5*.*, 5).*, 5BC.*, 5B0.*, 5B.*, 5BB.*, 5B,.*, 5B6.*, 5B5.*, 5B+.*, 5B*.*, 5B).*, 5,C.*, 5,0.*, 5,.*, 5,B.*, 5,,.*, 5,6.*, 5,5.*,

lnP B.B+0 B.B)* B.,C+ B.,,0 B.,+0 B.60, B.6,, B.6+5 B.5C, B.55 B.5*+ B.+C5 B.+BC B.+60 B.+)* B.*B, B.*5* B.)C* B.),C B.)50

(2L 58atos (e4ricos3 (93 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80

PVteorico3 733.24 707.27 682.07 657.62 633.9 610.9 588.6 566.99 546.05 525.76 506.1 487.1 468.7 450.9 433.62 416.8 400.6 384.9 369.7 355.11

(2L 6#esultados ' errores3 **

P/mm Gg3e7perimental3 ,B 5B +C ), B06 B,, B5B B*B ,CC ,B, ,,* ,6* ,+0 ,* 6C5 6B 6B) 66+ 6+0 6*C

                                       

PVteorico3 733.24 707.27 682.07 657.62 633.9 610.9 588.6 566.99 546.05 525.76 506.1 487.1 468.7 450.9 433.62 416.8 400.6 384.9 369.7 355.11

9alculos ' -;em.de 9alculos *+

E -rror 5.*) 6.)B B.00 .+) .C) .++ 0.), 0.B6 C.BC .6B 0.0 **.) *+.B, *6.BB *5.BC *6.+) *6.05 *6.06 *,. *.CC

*3 9alcule el calor molar de /apori%aci4n de la muestra? empleando la -c. de 9lausius! 9lape'ron ' los datos de la grfica. Se tiene: lnp=

−∆ H v  RT 

+c ∆ H v

Para poder calcular

 R

' 9 utili%amos el m=todo de la regresi4n lineal.

-ntonces: 1 t i

¿ ¿ ¿2 ¿

1

t i

−∆ H v  R

J

¿ ¿ ¿2 ¿

∑ lnp −∑ T 1 ∑ i

∑¿  lnp 1  p ∑ −∑ ∑ lnp T  T 

¿

i

¿

T i

1 t i

 p

i

i

 lnp i

¿ ¿ ¿2 ¿ ∑¿ c =¿

i

i

8onde: P: nHmero de datos. Lnp: logaritmo natural de presi4n. *D(: in/ersas de la temperatura. 8e lo anterior se obtiene: −∆ H v =¿ !!6+C).B53  R

9J*0.*

#J0.5*6 " 7 molD

∆ H v =¿ 5,B+.+C0 "Dmol

+3 -stable%ca una e7presi4n matemtica de /ariaci4n de la presi4n de /apor con la temperatura. 8e las e7presiones anteriores tenemos lnP/ J !6+C).B5*D(3 O *0.* *5

53 Porcenta;es de error en presi4n ' entalpia de /apor

%error =

%error =

(

(

∆ H v teorico −∆ H v experimental

40650

∆ H v teorico

)

 x 100

)

−35672.298  x 100=12.24 40650

8iscusion de resultados •

Nuestro error es de un *+E? puede ser debido a : !(omar mal las alturas. !La temperatura. !-rror al $allar la pendiente. !-rror de instrumento

*6

9onclusiones ' #ecomendaciones •

•

•

La temperatura a la cual la presi4n de /apor del l>quido se $ace igual a * atm B) mmGg3 es la temperatura de ebullici4n normal del mismo. Se conclu'e que la temperatura es directamente proporcional a la presi4n de /apor.  su /e%? la in/ersa de la temperatura es in/ersamente proporcional al logaritmo de la presi4n de /apor. l momento de de;ar de calentar el bal4n con agua? empie%a a condensarse ' crea un /ac>o en el sistema? lo que ocasiona que el mercurio suba por la rama del man4metro a la que est conectada? debido a que la presi4n dentro del bal4n es menor que la presi4n atmosf=rica.

#ecomendaciones

 Se debe tener cuidado al manipular las lla/es que conectan al recipiente con el man4metro ' el medio ambiente? pues no cerrar la lla/e que conecta el recipiente con el man4metro en el momento indicado podr>a $acer que el mercurio pase al recipiente debido a una /ariaci4n de presi4n.  -/itar que el agua ebulla por muc$o tiempo porque sino el termometro podria tomar la temperatura del /apor de agua.  Se debe tener cuidado al momento de reali%ar las lecturas tanto en el term4metro como en el man4metro? siendo recomendable que quien realice la lectura cuide que su l>nea de /isi4n sea $ori%ontal a la medida que se indica en los instrumentos.

*,

*B

pendice 9uestionario *.! M=todos de La determinaci4n de presi4n de /apor !M=todo de las soluciones disueltas !-l m=todo de estimaci4n reducida de irc$$off  !-l m=todo de #iedel!Plan!Miller !-l m=todo de estimaci4n de Frost!alarf!($odors +.! #elaci4n del punto de ebullici4n ' presi4n de /apor La ebullici4n ocurre cuando la presi4n de /apor se iguala a la presi4n atmosf=rica. 9onforme se calienta un l>quido su presi4n de /apor aumenta. Para el agua? la presi4n de /apor /ale * atm cuando se llega a los *))9? por eso el agua $ier/e a *)) 9. -n lugares de muc$a altura? la presi4n es menor de * atm ' la temperatura de ebullici4n es inferior a *)) 9. La cocci4n de alimentos tarda ms? porque e stn a menos temperatura. 8entro de una olla a presi4n? la presi4n es superior a * atm ' la temperatura de ebullici4n es superior a *)) 9. La cocci4n de alimentos es ms rpida? porque estn a ms temperatura. 5.!Vapor saturado? punto de ebullici4n ' punto de ebullici4n normal !-l /apor saturado es /apor a la temperatura de ebullici4n del l>quido. -s el /apor que se desprende cuando el l>quido $ier/e. Se obtiene e n calderas de /apor. !-l punto de ebullici4n es aquella temperatura en la cual la presi4n de /apor del l>quido iguala a la presi4n de /apor del medio en el que se encuentra. !-l punto de ebullici4n normal es un punto de temperatura a la que un liquido? al ganar calor ' por tanto energ>a3 tiene la capacidad para liberar a sus mol=culas al estado gaseoso por un ma'or campo de mo/imiento de las mismas. -l agua? por e;emplo? $ier/e a *))R9.

*

*0

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2ibliografia !#a'mond 9$ang?QuimicaT?*) edicion !1aston Pon% Mu%%o?FisicoquimicaT?0edicion !"ose Guapa'a 2arrientos?Fisicoquimica

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