UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE

SAN MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA

E.A.P INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA PRESION DE VAPOR

PROFESOR: Aníbal Figueroa Tauquino

INTEGRANTES: -Claudia María Palomino Zelaya

-Anita Carmen Morales Mexicano

HORARIO: Jueves 11:00 am- 2:00 pm

GRUPO: E/F

UNMSM FACULTAD DE QUIMICA E INGNIERIA QUIMICAPresión de vapor

2015

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION.............................................................................2

2. RESUMEN.......................................................................................3

3. PRINCIPIOS TEORICOS.................................................................4

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL...........................................5

5. TABULACION DE DATOS...........................................................6

6. CONCLUSIONES.......................................................................20

7. RECOMENDACIONES...............................................................21

8. CUESTIONARIO……………………………………………………

9. BIBLIOGRAFIA..........................................................................21

10.APENDICE..................................................................................22

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FECHA DE REALIZACION Jueves, 10 de setiembre de 2015

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INTRODUCCIÓN

La determinación de la presión de vapor es muy importante para la industria ya que encuentra su aplicación en diversos procesos uno de los cuales es la caldera; que desde pequeñas instalaciones locales para la producción de vapor para cocción de alimentos, planchado en serie de ropa, tratamientos sépticos de instrumentales y labores similares, con vapor de relativa baja temperatura y presión, hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la alimentación de turbinas de generación de electricidad, y otros procesos industriales donde se requiere vapor en grandes cantidades, a altísimas temperaturas y presiones. Un ejemplo muy común de una caldera es la “olla a presión”.

En esencia una caldera es un recipiente cerrado, lleno parcialmente de agua a la que se le aplica calor procedente de alguna fuente, para hacerla hervir y producir vapores. Como estos vapores están confinados a un espacio cerrado, se incrementará la presión interior y con ello la temperatura de ebullición del agua, pudiéndose alcanzar finalmente muy elevados valores de presión y temperatura. Estos vapores se concentran en la parte superior del recipiente inicialmente vacío, conocido como domo, de donde se extrae vía conductos para ser utilizado en el proceso en cuestión.

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RESUMEN

El objetivo principal de nuestra práctica será el estudio de la variación de la presión con la temperatura en el equilibrio de agua hirviendo y vapor; para esto nos valemos del equipo experimental para determinar la presión de vapor por el método estático conformado por un manómetro de mercurio Hg , un balón con agua destilada, una llave de triple paso que nos permitirá liberar la presión de vapor de agua y llevar nuevamente el sistema la presión atmosférica ambiental, un termómetro para medir la presión de vapor a diferentes temperaturas, para hacer nuestros cálculos y un calentador. Además, determinaremos el calor de vaporización del agua a partir de la medida de su presión de vapor a distintas temperaturas, concretamente entre 80º y 90º C, y se compararán los resultados obtenidos con los valores teóricos. Utilizamos la ecuación de Clausius Clapeyron para expresar matemáticamente la variación de la presión del vapor con la temperatura

Las condiciones de laboratorio en las que se trabajó:Presión (756 mmHg); temperatura (21Cº); % de humedad (96%). Como principal resultado se obtuvo el valor experimental del calor molar de vaporización del agua ∆H = 8,318 kcal, y lo comparamos con el teórico de las gráficas realizadas y anexadas en este informe.

Al calcular el calor de vaporización mediante el método de regresión lineal y el de par de puntos y compararlo con el valor teórico se obtuvo un errores de 20.33%20.84% respectivamente

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PRINCIPIOS TEÓRICOS

Para poder entender muchos fenómenos que suceden en la vida diaria hay que conocer lo que es la Presión de Vapor. Para simplificar e ilustrar utilicemos el esquema que sigue:

En el dibujo se representa un recipiente cerrado, lleno parcialmente de un líquido (azul). Este líquido como toda sustancia está constituido por moléculas (bolitas negras), que están en constante movimiento al azar en todas direcciones. Este movimiento errático, hace que se produzcan choques entre ellas, de estos choques las moléculas intercambian energía, tal y como hacen las bolas de billar al chocar; algunas aceleran, mientras otras se frenan.En este constante choque e intercambio de energía, algunas moléculas pueden alcanzar tal velocidad, que si están cerca de la superficie pueden saltar del líquido (bolitas rojas) al espacio cerrado exterior como gases.

A este proceso de conversión lenta de los líquidos a gases se les llama evaporación.A medida que más y más moléculas pasan al estado de vapor, la presión dentro del espacio cerrado sobre el líquido aumenta, este aumento no es indefinido, y hay un valor de presión para el cual por cada molécula que logra escapar del líquido necesariamente regresa una de las gaseosas a él, por lo que se establece un equilibrio y la presión no sigue subiendo. Esta presión se conoce como Presión de Vapor Saturado.La presión de vapor saturado depende de dos factores:

1. La naturaleza del líquido 2. La temperatura

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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1. PASO: Se llena el matraz con agua destilada hasta 1/3 de su volumen total, manteniendo la llave abierta al ambiente.

2. PASO: Se calienta el agua hasta ebullición, la temperatura no debe exceder de 100°C.

3. PASO: Se retira inmediatamente la cocinilla para evitar sobrecalentamiento y paralelamente invierta la posición de la llave, de forma que el manómetro quede conectado con el balón.

4. PASO: A partir de 99°C anote las temperaturas y presiones manométricas hasta llegar a 80°C. Tome sus lecturas en intervalos de 1°C.

5. PASO: Terminado el experimento cierre la llave conectada al balón y déjela abierta al ambiente, de esta forma evitara que el mercurio pueda pasar al balón.

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TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS

TABLA #1 Condiciones de laboratorio

P(mmHg) T(°C) %HR756 22 96

TABLA #2: Datos experimentales

Dónde:

HT= H1 +H2

T(°C) H1 H2 HT

99 0 0 098 10 12 2297 20 22 4296 31 32 6395 40 41 8194 49 51 10093 61 62 12392 69 71 14091 80 80 16090 89 91 18089 96 99 19588 104 106 21087 111 115 22686 118 122 24085 126 129 25584 135 139 27483 140 145 28582 147 151 29881 154 157 31180 162 165 327

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TABLA #3 : Determinación de Pv(h2o) experimental:

Dónde:

Pman = HT (mmHg) T (°K) = °C + 273.15

Pman: presión manométrica

Pvapor (H2O) = Patm-Pman

Patm: Presión atmosférica

Cálculos:

Para T=99°C

T (°K) = 99+273.15= 372.15 K

Pman=HT= 0mmHg

Pvapor (H2O)= Patm-Pman

Pvapor (H2O)= 756mmHg-0mmHg=756mmHg

T(°C) T(°K) Pman(mmHg) Patm(mmHg) Pvapor(mmHg)99 372.15 0 75698 371.15 22 73497 370.15 42 71496 369.15 63 69395 368.15 81 67594 367.15 100 65693 366.15 123 63392 365.15 140 756 61691 364.15 160 59690 363.15 180 57689 362.15 195 56188 361.15 210 54687 360.15 226 53086 359.15 240 51685 358.15 255 50184 357.15 274 48283 356.15 285 47182 355.15 298 458

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81 354.15 311 44580 353.15 327 429

TABLA#4: Ln vapor vs (1/T)

T(°C) T(°K) Pvapor(mmHg) 1/T Ln(Pvapor)T1 99 372.15 756 2.687x10-3 6.628T2 98 371.15 734 2.694x10-3 6.599T3 97 370.15 714 2.702x10-3 6.571T4 96 369.15 693 2.708x10-3 6.541T5 95 368.15 675 2.716x10-3 6.515T6 94 367.15 656 2.724x10-3 6.486T7 93 366.15 633 2.731x10-3 6.450T8 92 365.15 616 2.739x10-3 6.423T9 91 364.15 596 2.746x10-3 6.390

T10 90 363.15 576 2.754x10-3 6.356T11 89 362.15 561 2.761x10-3 6.330T12 88 361.15 546 2.769x10-3 6.303T13 87 360.15 530 2.777x10-3 6.273T14 86 359.15 516 2.784x10-3 6.246T15 85 358.15 501 2.792x10-3 6.217T16 84 357.15 482 2.800x10-3 6.178T17 83 356.15 471 2.808x10-3 6.155T18 82 355.15 458 2.816x10-3 6.127T19 81 354.15 445 2.824x10-3 6.098T20 80 353.15 429 2.832x10-3 6.061

Cálculo de ∆HV del agua

ln (Pvapor)=−∆HvR

( 1T

)+B

Donde:

Pendiente: -∆Hv/R

R: 1.987cal.mol-1.K-1

∆Hv: calor de evaporización

Por regresión lineal :

-∆Hv/R=-3897.37

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ln (Pvapor)=−3897.368(1/T )+17.097

Calculando con par de puntos:

Tomamos los extremos para encontrar las pendientes y la constante B, luego tomamos el promedio.

T1=372.15°K Pvapor1=756 1/T1=2.687x10-3 Ln(Pvapor1)=6.628T20=353.15°K Pvapor20=429 1/T20=2.632x10-3 Ln(Pvapor20)=6.061

Ln (Pvapor) = -∆Hv/R(1/T) +B

Ln (Pvapor1) = -∆Hv/R(1/T1) +B

Ln (Pvapor20) = -∆Hv/R(1/T20) +B

Reemplazando sus valores:

6.628=-∆Hv/Rx2.687x10-3 +B ………………………………………………………………. (1)

6.061=-∆Hv/Rx2.832 x10-3 + B ………………………………………………………………. (2)

Restando las ecuaciones (1)-(2)

0.561=-∆Hv/Rx(2.687 x10-3 - 2.832 x10-3)

Hallando el ‘’B’’ reemplazando el valor de ∆Hv:

6.628=-(7687.63)/Rx2.687x10-3 +B

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B= 17.097

∆Hv= 7744.07

∆Hv=7687.63

B=17.018

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T ∆Hv B ∆Hv(promedio)

B(promedio)

T1-T20 7687.63 17.02T2-T19 7657.69 16.98T3-T18 7738.84 17.10T4-T17 7669.82 16.99T5-T16 7971.66 17.41T6-T15 7820.78 17.21 7693.425 17.011T7-T14 7648.08 16.96T8-T13 7843.42 17.08T9-T12 7516.04 16.77

T10-T11 7380.29 16.59

ln (Pvapor)=3871.880 (1/T )+17.011

Porcentaje de error del ∆HV:

Dónde:

∆Hv (teórico) 9720 cal.mol-1

Hallando el error de ∆Hv hallada por regresión lineal:

%error= (9720-7744.07)/ (9720) x100 = 20.33%

Hallando el error de ∆Hv hallada por el par de puntos:

%error= (9720– 7693.425)/(9720)x100 =20.84%

%error de regresión lineal 20.33%

%error de par de puntos 20.84%

TABLA 5: Datos teóricos:

T(°C) T(°K) Pvapor(teórico) 1/T Ln(Pvapor)teórico99 372.15 733.2 2.687x10-3 6.597

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98 371.15 707.3 2.694x10-3 6.561997 370.15 682.1 2.702x10-3 6.52596 369.15 657.6 2.708x10-3 6.48995 368.15 633.9 2.716x10-3 6.45294 367.15 610.9 2.724x10-3 6.41593 366.15 588.6 2.731x10-3 6.37892 365.15 567 2.739x10-3 6.34091 364.15 546.1 2.746x10-3 6.30390 363.15 525.8 2.754x10-3 6.26589 362.15 506.1 2.761x10-3 6.22788 361.15 487.1 2.769x10-3 6.18887 360.15 468.1 2.777x10-3 6.15086 359.15 450.9 2.784x10-3 6.11185 358.15 433.6 2.792x10-3 6.07284 357.15 416.8 2.800x10-3 6.03383 356.15 400.6 2.808x10-3 5.99382 355.16 384.9 2.816x10-3 5.95381 354.15 369.7 2.824x10-3 5.91380 353.15 355.1 2.832x10-3 5.872

CUESTIONARIO

1. Indique otros métodos para la determinación de la presión de vapor2. Explique la relación entre el punto de ebullición de un líquido y su presión de

vapor

La presión de vapor es la presión que ejercen las moléculas del líquido que han escapado a la fase vapor en un recipiente cerrado donde se ha alcanzado el equilibrio. Muy a menudo el término se utiliza para describir la tendencia de un líquido a vaporizarse.

Se trata de una medida de la tendencia de las moléculas y átomos para escapar de un líquido o un sólido. La temperatura de ebullición de un líquido a presión atmosférica corresponde a la temperatura a la que su presión de vapor iguala a la presión atmosférica circundante, y a menudo se denomina temperatura de ebullición normal Cuanto mayor sea la presión de vapor de un líquido a una temperatura determinada, mayor es la volatilidad y menor es la temperatura de ebullición normal del líquido.

Por ejemplo, a cualquier temperatura dada, el clorometano tiene la mayor presión de vapor de los líquidos de la tabla. También tiene la menor temperatura de ebullición normal (-24,2 °C), que es donde la curva de presión de vapor del clorometano (línea

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azul) cruza la línea de presión horizontal de una atmósfera de presión de vapor absoluta.

3. Defina lo siguiente: vapor saturado, punto de ebullición, punto de ebullición normal

Vapor saturado

Una vez que empieza la ebullición, el aumento de temperatura se detiene hasta que se evapora el líquido, es decir, si la presión se mantiene constante, durante el proceso de cambio de fase la temperatura también lo hará. Durante un proceso de ebullición, el único cambio observable es un gran aumento en el volumen y una disminución constante en el nivel de líquido como resultado de una mayor cantidad de este convertido en vapor.En un momento el cilindro contiene cantidades iguales de líquido y vapor (mezcla saturada de líquido y vapor). Conforme continúa la transferencia de calor, el proceso de evaporización continuara hasta evaporarse la última gota de líquido (vapor saturado). En este punto el cilindro está lleno de vapor, el cual se halla en el borde de la fase liquida y cualquier cantidad de calor que pierda lo hará condensarse (cambio de fase de vapor a liquido). Un vapor que está a punto de condensarse se llama vapor saturado, y una sustancia entre los estados 2 y 4 se conoce como vapor húmedo o mezcla saturada de líquido vapor, debido a que en este estado las fases liquida y de vapor existen en equilibrio.

Punto de ebullición

La definición formal de punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra.

La temperatura de una

sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A

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temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las

moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión

superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio

de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema (tendencia al

desorden de las partículas que componen su cuerpo).

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de

las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la

sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces

(dipolo permanente - dipolo inducido o puentes de hidrógeno).

Punto de ebullición normal

HOJA DE DATOS

PRÁCTICA: PRESION DE VAPOR N°:RESPONSABLE: Anita Morales Mexicano

Claudia Palomino ZelayaP(mmHg): 756

Fecha: T(°C): 22GRUPO: E/F %HR: 96

Dato experimental:

T(°C) H1 H2 HT99 0 0 098 10 12 2297 20 22 4296 31 32 6395 40 41 8194 49 51 10093 61 62 12392 69 71 14091 80 80 16090 89 91 18089 96 99 19588 104 106 21087 111 115 22686 118 122 24085 126 129 25584 135 139 274

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83 140 145 28582 147 151 29881 154 157 31180 162 165 327

Condiciones de laboratorio:

PmmHg T(°C) %HR756 22 96

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