UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD
:
CIENCIAS DEL AMBIENTE
ESCUELA PROFESIONAL
:
INGENIERÍA AMBIENTAL
ASIGNATURA
:
FÍSICOQUIMICA
TÍTULO
:
CICLO
:
2014-I
ESTUDIANTE
:
LEÓN CHAVEZ EDY PETER
DOCENTE
:
“PRESIÓN DE VAPOR”
BARBA REGALADO ALEJANDRO NAPOLEÓN
HUARAZ-PERÚ 2014
PRESIÓN DE VAPOR GASES
2014-I
ÍNDICE
I.
Introducción
pág.02
II.
Fundamento teórico
pág.03
III.
Detalles experimentales
pág.06
a. Materiales y reactivos b. Procedimiento
IV.
Cálculos y resultados
pág.08
V.
Discusión de resultados
pág.12
VI.
Conclusiones y recomendaciones
pág.13
VII.
Bibliografía
pág.14
VIII.
Apéndice
pág.15
Página 1
PRESIÓN DE VAPOR GASES
2014-I
INTRODUCCIÓN
La presión de vapor es la presión a la que a cada temperatura de la fase líquida y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. Mediante el desarrollo de esta práctica de laboratorio observaremos experimentalmente las medidas de diferentes presiones de vapor de agua a diferentes temperaturas, todos estos valores en milímetros de mercurio, para después analizarlos. Por lo tanto la presión de vapor de un líquido se define como la presión que ejerce el vapor en equilibrio con el líquido a una temperatura dada. En esta práctica utilizaremos la ecuación de Clausius-Clapeyron para caracterizar la transición de fase entre dos estados de la materia, con esta se puede predecir donde se va a dar el cambio de fase.
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
I.
2014-I
FUNDAMENTO TEÓRICO 1. PRESION DE VAPOR Presión que ejerce el vapor en equilibrio con el líquido o el sólido que lo origina a determinada temperatura. 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 de la naturaleza del líquido o el sólido y de la temperatura, pero no depende del volumen del vapor; por tanto, los vapores saturados no cumplen la ley de Boyle-Mariotte. La presión de vapor en los líquidos crece rápidamente al aumentar la temperatura; así, cuando la presión de vapor es igual a 1 atmósfera, el líquido se encuentra en su punto de ebullición ya que el vapor, al vencer la presión exterior, se puede formar en toda la masa del líquido y no sólo en su superficie. Cuando un soluto no volátil se disuelve en un líquido disminuye la presión de vapor del disolvente, pues las moléculas de soluto, al ser de mayor volumen, se comportan como una barrera que impide el paso de las moléculas de disolvente al estado de vapor.
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
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PRESIÓN DE VA POR CON L A TEMPERA TURA 2. VARIA CIÓN DEL A PRESIÓN
La presión de vapor de un líquido es directamente proporcional a la temperatura. Esta relación se observa mediante la ecuación de Clapeyron.
(1)
Dónde:
Si se asume que
es despreciable en comparación con
si se sustituye
constante se tiene la siguiente ecuación: ecuac ión:
,
(2)
Integrando sin límites se tiene:
⁄
(3)
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
2014-I
Donde:
Si graficamos lnP vs 1/T se obtiene una línea recta con pendiente negativa e igual a del cual se halla
.
La presión de vapor se puede expresar como una función de la temperatura mediante la integral de la ecuación (3)
+…
(4)
Los coeficientes A, B, C y D se ajustan para las unidades de presión. Para algunos propósitos, integrando la ecuación 3 entre los límites aproximados asumiendo
constante en el rango de temperatura de la experiencia. Se obtiene la
segunda ecuación de Clausius-Clapeyron:
(5)
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
II.
2014-I
DETALLES EXPERIMENTALES: MATERIALES: -
Matraz con tapón trihoradado.
-
Termómetro.
-
Tubo de vidrio en T.
-
Tubo de vidrio en U con mercurio que hace las veces de manómetro.
-
Llaves.
-
Mechero bunsen.
REACTIVOS: Agua
PROCEDIMIENTO a. Instalar el equipo de de trabajo con los materiales ya mencionados como se muestra en (la figura1).
b. Llene el matraz con agua destilada hasta 1/3 de su volumen total, mantener las llaves N° 1,2 y 3 abiertas. La presión dentro de un matraz Página 6
PRESIÓN DE VAPOR GASES
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será igual a la atmósfera, por lo tanto el nivel de mercurio en las dos ramas de tubo en u serán iguales. c. Cierre las llaves N° 2 y 3 y mantener abierta la llave llave N° 1. d. Calentar el agua del matraz con un mechero hasta ebullición, la temperatura no debe exceder a 100 °C. e. Retirar inmediatamente el mechero para evitar sobrecalentamiento. f. Cerrar la llave N° 1 y abra la llave N° 3 el nivel del mercurio en ambas ramas deben ser iguales, de lo contrario espere que establezca el nivel. g. Anote las temperaturas y presiones manométricas, empezando de 89 grados ºC en forma descendente, en intervalos de dos grados centígrados. Debido al enfriamiento en el matraz el vapor empieza a condensar y crea un ligero vacío dentro de el por lo tanto, la columna empieza a subir en la rama derecha y en la misma proporción baja el de la izquierda. h. Terminando el experimento cierra la la llave N° 3 y abra la llave N° 2 para evitar que el mercurio ingrese al matraz.
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
III. I.
2014-I
CÁLCULOS Y RESULTADOS: Cálculos: 1. C o n 84
83
l o s
82 81 80
d a t o s
79 78 77 76 75
357 356 355 354 353 352 351 350 249 248
1/357 1/356 1/355 1/354 1/353 1/352 1/351 1/350 1/249 1/248
P mmhg
416.8 414.8 411.8 409.8 406.8 401.8 397.8 391.8 383.8 376.8
d e presión y temperatura construir una gráfica de LogP vs 1/T.
2.620 2.620 2.619 2.619 2.615 2.615 2.613 2.613 2.609 2.609 2.604 2.604 2.599 2.599 2.593 2.593 2.584 2.584 2.576 2.576
2.63 2.62 2.61 P g o L
2.6
2.59 2.58
Página 8 2.57 0.0027 0.00279 9 0.0028 0.0028 0.0028 0.00281 1 0.0028 0.00282 2 0.0028 0.00283 3 0.0028 0.00284 4 0.0028 0.00285 5 0.0028 0.00286 6 0.0028 0.00287 7 0.0028 0.00288 8 1/T
PRESIÓN DE VAPOR GASES
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2. Calcular el calor molar de vaporización de la muestra empleando la ecuación de Clausius – Clapeyron y los datos de la gráfica.
1.
2. REORDENANDO (1)
3. INTEGRANDO (2) SIN LIMITES
∫ ∫ Página 9
PRESIÓN DE VAPOR GASES
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n
X
y
1 2 3 4 5 6 7
0.00280
2.620
0.00280
2.619
0.00281
2.615
0.00282
2.613
0.00283
2.609
0.00284
2.604
0.00285
2.599
4. GRAFICAMENTE PAPEL MILIMETRADO
Para calcular m y c usamos mínimos cuadrados con la ayuda de la siguiente tabla:
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PRESIÓN DE VAPOR GASES 8 9 D10
ó∑ n de:
DDonde :
2014-I 0.00286
2.593
0.00287
2.584
0.00287
2.576
0.02835
26.032
0.073796
Donde por ley de mínimos cuadrados se tiene la siguiente igualdad:
Ahora para hallar el calor molar usamos la siguiente ecuación:
Remplazando los valores tenemos:
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
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Pendiente de la gráfica experimentalmente:
5. Establezca una expresión matemática de variación de la presión de vapor con la temperatura.
Sabemos que:
Despejando P: Para condiciones iniciales y finales tenemos
)) ( (
Restamos:
( ( )) ( ( )) IV.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS: Página 12
PRESIÓN DE VAPOR GASES
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-
Para él cálculo de la cantidad de calor absorbido en la vaporización se utilizó el mercurio como un reactivo arbitrario para determinar la presión de vapor, esto a una determinada temperatura.
-
En la teoría se dice que cada liquido (en nuestro caso el mercurio), tiene su presión de vapor característica a una temperatura dada, en la práctica pudimos comprobarlo, ya que cuando tuvimos una temperatura fija (iniciando con 80°C), su tuvo una lectura de la presión en el papel milimetrado, esta presión característica a la temperatura mencionada.
-
En la práctica solo consideramos sistemas de un solo componente, ya que el líquido el vapor tienen la misma composición y existe una presión para una temperatura fija
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PRESIÓN DE VAPOR GASES V.
2014-I
CONCLUSIONES:
-
En la determinación de la presión de vapor de los líquidos a temperaturas temperaturas mayores que la ambiental, se tiene que a mayor temperatura tendremos una menor presión, esto significa que la presión de vapor es inversamente proporcional a la temperatura.
-
La temperatura temperatura ambiental ambiental no difiere difiere de una temperatura temperatura incrementada con calor, mientras halla un tubo de escape del vapor de agua, todo esto con respecto a que el nivel de mercurio este en equilibrio
-
Podemos deducir que que el oxigeno presente en en el sistema influye influye a mantener el equilibrio del nivel del mercurio.
-
RECOMENDACIONES: -
Todos los grupos deben disponer de los materiales y reactivos requeridos para cada practica
-
Es importante mantener la disciplina durante la realización de la práctica para evitar posibles accidentes.
-
Al llegar llegar al punto de ebullición del agua, retirar retirar la hornilla con sumo cuidado y tomar las temperaturas correspondientes a partir de 84°C, mirando a través del vidrio empañado con el vapor que se condensa con sumo detalle.
-
Manipular las llaves del balón con suma precaución, ya que si cerramos todas las llaves podemos reventar el balón cuando su presión interna sea muy extrema para este.
-
Cuando el vacío dentro del balón succione al mercurio dentro del manómetro, estar alerta para cerrar la llave que conecta al manómetro y abrir la que tiene contacto con el exterior.
-
Realizar los cálculos en unidades de calorías.
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PRESIÓN DE VAPOR GASES VI.
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BIBLIOGRAFÍA -
Enciclopedia Mentor, tomo tomo 1 y 2 Ediciones Castell España – 1993
-
Marron y Pruton, Fundamentos de Fisicoquímica, decimoquinta reimpresión 1984 - Ediciones Limusa México – 1984
-
Enciclopedia Autodidáctica Lexus (Química), tomo VII
Editores
Lexus Colombia – 1997 -
Enciclopedia de la Ciencia y de La Técnica, tomo 8 Editorial Océano Barcelona- 1995
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
VIII.
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APÉNDICE
INSTALACION CORRECTA DEL EQUIPO
ESTABLECER EL NIVEL DE MERCURIO
CERRAR LAS LLAVES PARA QUE NO ENTRE EL VAPOR DE AGUA
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
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AGUA LLEVADA A EBULLICIÓN
CONTROLAR EL TIEMPO Y ANOTAR
LECTURA DEL NIVEL DE MERCURIO Página 17