Presion de Vapor

PRESIÓN DE VAPOR  1. OBJETIVOS. 

El objetivo del experimento consiste en estudiar la propiedad de los líquidos llamada  presión de vapor saturado.

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Determinar Determinar el calor de vaporización vaporización de un líquido líquido puro(agua destilada) destilada) a partir partir de su  presión de vapor y la temperatura de ebullición mediante el método dinmico que con siste en variar la temperatura y mantener la presión constante. !ambién !ambién determinar el error del calor de vaporización y obtener la gr"ica ln # vs $%&.

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'btener la proporcionalidad de la presión de vapor saturado con la temperatura utilizando dic dicaa prop propie ieda dad d para para la dete determ rmin inaci ación ón de nuest nuestro ro objet objetiv ivo o prin princi cipa pal. l. *omp *ompro robar  bar  experimentalmente las propiedades del equilibrio liquido+vapor estudiadas en teoría.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO. ,os calores latentes como es el caso de la entalpia de vaporización basan sus propiedades y "undamentos en el equilibrio entre sus dos "ases pero a que nos re"erimos cuando ablamos de equilibrio. -asaremos nuestro anlisis en el siguiente principio " Cuando una mues!a esa en

eu#$#%!#o& su 'oen(#a$ u)m#(o es un#*o!me& #nde'end#enemene de (uanas *ases +a,a '!esenes". El razonamiento se desarrolla de la siguiente "orma /i consideramos un sistema en el cual el potencial químico no es uni"orme suponiendo que existe dos di"erentes "ases cuando una cantidad de sustancia trans"iere un dn desde un punto a otro la "unción de 0ibbs cambia en +mu($)dn en la primera etapa y en 1 mu(2)dn en la segunda. /i el potencial químico de la primera etapa es mayor que en la segunda la trans"erencia va acompa3ada de una disminución en la "unc "unció ión n de 0ibb 0ibbss y por por cons consig igui uien ente te tien tienee una una tend tenden enci ciaa de espo espont ntan anei eida dad. d. /olo /olo si mu($)4mu(2) la "unción de 0ibbs no presentara cambio alguno sólo entonces el sistema se consid considera era que esta en eu#$#%!#o eu#$#%!#o #ne!no. El anlisis es valido tanto para la trans"erencia de materia entre "ases di"erentes como cuando se produce entre di"erentes ubicaciones en una misma "ase. ,uego cuando un liquido y un sólido alcanzan el equilibrio el potencial químico es el mismo en todo el liquido como también en todo el sólido. 5na característica del potencial químico es la dependencia de la entropía en la variación del  potencial respecto a la temperatura. Esto implica que a medida que se eleva la temperatura el potencial químico de una sustancia pura disminuye esto debido a que la entropía molar siempre es positiva y la pendiente de la curva de una gr"ica potencial químico &s. temperatura ser negativa y mas pronunciada para los gases que que para para los los líqui líquidos dos debid debido o al gran gran caos caos (ent (entro ropí píaa mayo mayor) r) encon encontr trad ado o en los los gases gases en

comparación con el valor del desorden que poseen los líquidos cuya pendiente también es mas  pronunciada que para los sólidos cuya razón es la misma que la explicada anteriormente. 5na "ase es termodinmicamente estable en el intervalo o de temperaturas en el cual tiene un  potencial químico menor que cualquier otra "ase. 6 bajas temperaturas la "ase sólida es estable  pero la pendiente mas negativa del potencial químico ace que se aga menor que el potencial químico del sólido y así pasa a ser la "ase estable a una temperatura su"icientemente alta. /in embargo el potencial químico del vapor disminuye precipitadamente a medida que la temperatura aumenta y a una temperatura su"icientemente alta pasa a ser la "ase mas estable. ,a temperatura a al cual coexisten tanto sólido como liquido se conoce como la temperatura de "usión o de congelación. ,a temperatura a la cual coexisten tanto liquido como vapor es decir la temperatura a la cual estn en equilibrio estas dos "ases se conoce como la temperatura de ebullición o de condensación. 6 una presión de $ atm. se denomina punto de ebullición normal. 5n aumento de presión eleva el potencial químico y el aumento es mayor para gases que para líquidos ya que el volumen molar de un gas es mucísimo mayor que el volumen molar de un liquido. 6 la ecuación predice entonces que un aumento de presión genera un aumento levemente superior del potencial químico del gas con respecto al liquido y este con respecto al del sólido.

P!es#-n de a'o! 5na de las propiedades mas importantes de los líquidos es su presión de vapor saturado que caracteriza la capacidad del liquido a evaporarse. El movimiento térmico de las moléculas lleva a la separación de éstas de la super"icie del liquido y la transición acia la "ase gaseosa. /in embargo tal separación puede tener lugar solamente cuando la energía cinética de una molécula sea mayor que la energía de enlace entre moléculas del liquido. 5na parte de las moléculas que abandonan la super"icie del liquido vuelven a condensarse mientras que al mismo tiempo otras moléculas del liquido se encuentran evaporndose. De esta manera en la super"icie del liquido siempre ocurre simultneamente dos procesos la vaporización y la condensación. /i estos "enómenos se veri"ican en un espacio cerrado al "in y al cabo la velocidad de vaporización y la de condensación se acen iguales y entre las "ases liquida y gaseosa se establece un estado de equilibrio buscado. Entonces la presión que ejercen las moléculas de vapor que se encuentran en equilibrio dinmico con la "ase liquida sobre las paredes del recipiente y en la super"icie del liquido se conoce como presión de vapor saturado. Esta presión conocida mas usualmente solo como presión de vapor es proporcional a la temperatura.

/a *!one!a $#u#do0a'o! ,a entropía molar de vaporización a una temperatura ! es igual al cociente entre la entalpía de vaporización y la temperatura. ,a entalpía de vaporización es positiva y grande por lo que la pendiente es siempre positiva pero su valor es muco menor que para la "rontera sólido líquido. ,a pendiente de la curva aumenta con la presión porque el valor de la variación de los vol7menes molares de vaporización disminuye. Esta es la razón de la curva ascendente característica de la "rontera liquido+vapor de un diagrama #resión vs. !emperatura.

/i realizamos el mismo procedimiento y anlisis partiendo de la ecuación de *lapeyron para la "rontera /ólido+líquido (considerando que no se puede desapreciar ninguno de los vol7menes debido a que la di"erencia entre volumen es muy peque3a) y para la "rontera /ólido+&apor se tiene las mismas relaciones Existe un punto en el cual las tres curvas se interceptan. 0eneralmente existe un determinado conjunto de condiciones en las cuales las "ases sólida liquida y vapor coexisten simultneamente en equilibrio y est dado por los valores de presión y temperatura a los cuales los tres potenciales químicos son iguales. 6 este punto se lo conoce como 'uno !#'$e. Es muy importante tener en cuenta que la posición del punto triple de una sustancia pura esta completamente "uera de todo control es decir tiene lugar a valores de presión y temperatura 7nicos y de"inidos característicos de una sustancia. En el caso del agua el punto triple se encuentra ubicado a 289.$: ; y :.$$ mbar. ( mm?g.). Estos son los 7nicos valores de presión y temperatura en los cuales las tres "ases del agua coexisten en equilibrio. Esta invarianza es la base del uso del punto triple en la de"inición en la escala ;elvin de temperatura ya que el punto de "usión de ésta est a solo @.@$ ;   por debajo de la temperatura del punto triple.

E*e(o de $a '!es#-n en $a '!es#-n de a'o! En el anlisis precedente del equilibrio liquido+vapor se supuso implícitamente que los dos se encontraban con la misma presión p. /i por alg7n medio puede mantenerse el líquido con una  presión # y el vapor con una presión de vapor p entonces la presión de vapor depender de # del líquido. /upongamos que el líquido esta envasado en un recipiente. En el espacio superior se encontrara el vapor y en el in"erior el líquido. /i al vapor se le introduce otro gas que es insoluble en el líquido la presión de vapor ms la presión del gas deber ser igual a la presión del líquido #.

. MATERIA/ES  REACTIVOS. + + + + + + + + + + + +

Aatraz de *laissen de dos bocas de =@@ ml. *alentador con camisa. Be"rigerante recto. -omba de vacío. /oporte universal. #inzas. !ermómetro de C$@ a $@@ *. Aangueras de presión. !apones de ule. #erlas de ebullición. -otellón. #lastilina.

3. PROCEDIMIENTO E4PERIMENTA/. + +

+ + + + + + +

6segurarse que el bulbo del termómetro quede a la altura de la medida de salida del re"rigerante. *olocar en el matraz de *laisssen de 2=@ ml de agua destilada y las perlas de ebullición las cuales act7an como centros de nucleación para evitar el sobrecalentamiento. &er"icar que corra agua libremente por el re"rigerante. Aediante la bomba de vació crear un vacío no mayor a $2@ mm?g. ,a presión en el sistema debe mantenerse constante (si aumenta la presión es que ay "ugas de gas y estas deben eliminarse). *alentar el líquido asta ebullición cuando la temperatura permanezca constante anotarla junto a su presión. 6umentar la presión en el sistema abriendo la llave de paso de vacío. *alentar nuevamente el líquido asta ebullición y anotar # y ! de ebullición como en el caso anterior. Bepetir estas operaciones aumentando la presión $@ mm?g cada vez y anotar la # y ! de ebullición asta llegar a la presión atmos"érica.

5. C6/CU/OS. N 1 2  3 5 : ; <

7oC8

+7mm+98

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82

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