Universidad Nacional Mayor de San Marcos(Universidad del Per, DECANA DE AMRICA)

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIALE.A.P. Ingeniera IndustrialLABORATORIO DE FSICOQUMICA No 4 PRESION DE VAPOR

PROFESOR: Pantoja Cadillo, AgericoINTEGRANTES: Bejarano Higa, Abel Arturo 12170008 Ramirez Choque, Rosmery 13170197

2015

I. INTRODUCCIONEl siguiente informe tiene como objetivo la determinar la presion de vapor de los liquidos mediante el Metodo Estatico, a temperaturas mayores que la ambiental y calcular el calor molar de vaporizacion del liquido. Las condiciones de laboratorio para la prctica realizada fue a una presin de 760 mmHg, 25 y 79% HR.Para la determinacin de la presin de vapor de los lquidos se utiliz el mtodo esttico utilizando como muestra el agua destilada. Se obtuvieron como datos las alturas que alcanza el mercurio dentro de las 2 ramas del manmetro; mediante estas alturas pudimos obtener la presin manomtrica expresada en mmHg. Graficando estos datos en papel milimetrado (1/T vs (Log (Pv)) se halla la pendiente de esta recta (con los datos experimentales y tericos). Teniendo calculada est pendiente se halla el calor molar de vaporizacin al relacionarla con ecuacin de Clausius Clapeyron (LnP=- /2,3RT + c).Mediante el mtodo grafico se hall (experimental) igual a Kcal/mol y (terico) igual a 40650Kcal/mol, hallndose un porcentaje de error de 17.69%.Luego del experimento se puede concluir que la presin de vapor aumenta con la temperatura.En el experimento se observa que la presin de vapor del agua antes de los 100C es menor a la presin atmosfrica, por ello baja el mercurio a travs del tubo expuesto al ambiente. Se recomienda que se debe mantener aislado el sistema de factores que puedan hacer variar la temperatura ya que la presin depende de esta y habra errores al anotar los datos.

II. INDICE

PgsObjetivos 3Fundamento teorico 3Procedimiento experimental 6Calculos y resultados 8Conclusiones12Apendice13Cuestionario14

III. OBJETIVOS Determinar la presion de vapor de los liquidos mediante el Metodo Estatico, a temperaturas mayores que la ambiental y calcular el calor molar de vaporizacion del liquido. IV. FUNDAMENTO TEORICO Presion de vapor.-Es la presion a la cual el liquido y el vapor se encuentran en equilibrio.esta presion llamada tambien de saturacion, es funcion de la temperatura e independiente de las cantidades relativas de liquido y de vapor presentes.Cada liquido tiene su presion de vapor caracteristica a una temperatura dada; en el caso de mezclas de liquidos y soluciones, la presion de vapor depende de la naturaleza y las proporciones relativas de las sustancias en la solucion a una temperatura dada. En la practica solo consideramos sistemas de un solo componente, en los cuales el liquido y el vapor tienen la misma composicion y existe una presion para una temperatura fija. Variacion de la presion de vapor con la temperatura.-La presion de vapor de un liquido es diredctamente proporcional a la temperatura. Esta relacion se observa mediante la ecuacion de Clausius Clapeyron:

Donde: : Entalpia o calor molar de vaporizacion, : volumenes de liquido y gas respectivamente (vapor saturado)/: variacion de la presion de vapor con la temperatura.Si se asume que es despreciable en comparacion con y que Y es constante, redondeando terminos se tiene la siguiente ecuacion :

Integrando se tiene:lnP = - + cDonde: : Entalpia o calor molar de vaporizacionAl plotear lnP vs 1/T, se obtiene una linea recta cuya pendiente es (/R), y a partir de esta se halla .

Para algunos liquidos, integrando entre los limites aproximados y asumiendo constante en el rango de temperatura de la experiencia, de la ecuacion (2) se obtiene la segunda ecuacion de Clausius Clapeyron.

La presion de vapor tambien se puede expresar como una funcion de la temperatura mediante la ecuacion.

Los coeficientes A,B,C y D se ajustan para las unidades de presion.

Calor latente de vaporizacion(v).-Calor necesario para el cambio de estado de liquido a gas por cada gramo de sustancia, que se obtiene generalmente a 1 atm de presion. Para una mol se expresa como . Este calor se relaciona con el cambio de energia interna mediante:

Donde a presiones moderadas, v= es el volumen del vapor formado, ya que el volumen del liquido puede despreciarse, el volumen del vapor puede calcularse mediante la ley del gas ideal: n RT/P .

La ecuacin de Clausius-ClapeyronLa evaporacin del agua es un ejemplo de cambio de fase de lquido a vapor. Los potenciales qumicos de las fases (lquido) y (vapor) son funciones de la temperatura T y la presin P y tienen el mismo valor(T, P)= (T, P)A partir de esta igualdad y empleando relaciones termodinmicas, se obtiene la ecuacin de Clapeyron.

De este modo, haciendo una representacin grfica de ln Pv en funcin de la inversa de la temperatura T, y aplicando el procedimiento de los mnimos cuadrados, la pendiente de la curva nos proporciona el valor medio del calor latente de vaporizacin L en un intervalo dado de temperaturas.

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALV.I Metodo EstaticoMateriales: Equipo para determinar presin de vapor por el mtodo esttico, consistente de un matraz con tapn bihoradado, termmetro, manmetro. Llave de doble va, cocinilla. Agua destilada.Metodo operatorio: Instale el equipo como en la figura siguiente .

Llene el matraz con agua destilada hasta 1/3 de su volumen total, manteniendo la llave abierta al ambiente. La presion dentro del matraz, es igual a la atmosferica, por lo tanto el nivel de mercurio en cada rama del manometro es el mismo. Caliente el agua hasta ebullicion, la temperatura no debe exceder de 100C. Retire inmediatamente la cocinilla para evitar sobrecalentamiento y paralelamente invierta la posicion de la llave, de forma que el manometro quede conectado con el balon. Inicialmente el nivel de mercurio en ambas debe ser igual, de lo contrario nivele. A partir de 95C anote las temperaturas y presiones manometricas hasta llegar a 80C. Tome sus lecturas en intervalos de 1C. Debido al enfriamiento en el matraz, el vapor empieza a condensarse, y crea un ligero vacio dentro de el,por lo tanto la columna conectada al balon sube en tanto que la bierta al ambiente baja. Terminando el experimento cierre la llave conectada al balon y dejela abierta al ambiente, de esta forma evitara que el mercurio pueda pasar al balon.

VI. CALCULOS Y RESULTADOS

CONDICIONES DE LABORATORIO

Presin (mmHg)758

T (C)26

% Humedad Relativa(%HR)79

DATOS TEORICOS

I. Presiones teoricas de Vapor de Agua en mmHg

T (C)T (K)1/T-K x Pv

953682.7174633,9

943672.7248610,9

933662.7322588,6

923652.7397567,0

913642.7473546,1

903632.7548525,8

893622.7624506,1

883612.7701487,1

873602.7778468,7

8635927855450,9

853582.7933433,6

843572.8011416,8

833562.8090400,6

823552.8169384,9

813542.8249369,7

803532.8329355,1

II. Presiones experimentales de Vapor de Agua en mmHg

TC - TK1/T-K x ln

95C - 3682.717407606.63

94C - 3672.7248267346.60

93C - 3662.7322527086.56

92C - 3652.7397786826.53

91C - 3642.74731066546.48

90C - 3632.75481306306.45

89C - 3622.76241546066.41

88C - 3612.77011785826.37

87C - 3602.77781945666.34

86C - 359278552125486.31

85C - 3582.79332365246.26

84C - 3572.80112545066.23

83C - 3562.80902744866.19

82C - 3552.81692984626.14

81C - 3542.82493124486.10

80C - 3532.83293324286.06

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIOOBTENIENDO LA PENDIENTE POR EL METODO DE MINIMOS CUADRADOS:Debido a que se trata de una funcion lineal realizaremos el siguiente procedimiento para hallar la pendiente:XI = 1/T-K x YI = lnXI YIXI2

2.71746.6318.0163627.38426276

2.72486.617.983687.42453504

2.73226.5617.9232327.46491684

2.73976.5317.8902417.50595609

2.74736.4817.8025047.54765729

2.75486.4517.768467.58892304

2.76246.4117.7069847.63085376

2.77016.3717.6455377.67345401

2.77786.3417.6112527.71617284

2.78556.3117.5765057.75901025

2.79336.2617.4860587.80252489

2.80116.2317.4508537.84616121

2.8096.1917.387717.890481

2.81696.1417.2957667.93492561

2.82496.117.231897.98006001

2.83296.0617.1673748.02532241

44.39 = 101.66 = 281.94123.18

m= *m= - 4024.39

a) Calcule el calor molar de vaporizacin de la muestra, empleando la Ec. De Clausius-Clapeyron y los datos de la Grfica lnPv vs 1/T

Primera ecuacin de Clausius Clapeyron

Pendiente

Del grafico se obtiene la pendiente: m= - 4024.39R=8.314 J/molK

Calculo del error

Calculo del calor molar de vaporizacin por el mtodo analtico.

Segunda ecuacin de Clausius Clapeyron

Para 10 pares de puntos:39042.05340230.41141508.33646255.30941025.79242385.24743855.27430086.25234687.59847798.985

Calculo del error

b) Establezca una expresin matemtica de variacin de la presin de vapor con la temperatura.

Halla la constante C para distintos valores de temperatura

Entonces la ecuacin queda:

VII. CONCLUSIONES Por medio de la Primera Ecuacin de Clausius Clapeyron obtenemos Hv = 33458.78 J/mol siendo el valor terico Hv = 40000 J/mol, el cual nos arroja un error de %E=16.35%.

Por medio de la Segunda Ecuacin de Clausius Clapeyron en el cual tomamos diez puntos para obtener diez valores de Hv que luego promediamos obteniendo Hv = 40687.5257 J/mol, que comparado con el valor terico Hv = 40000 J/mol nos da un %E = 1.72%.

Se observa que por medio de la Segunda Ecuacin de Clausius Clapeyron se obtiene un valor ms aproximando al valor terico dado que el %E es menor respecto al obtenido usando la Primera Ecuacin.

Finalmente se concluye que la ejecucin de la prctica en el laboratorio es satisfactoria debido a los bajos valores de error obtenidos.

VIII. APENDICE Quimica general; whitten, gailey; ed. Mc Graw Hill. Quimica la ciencia central;Brown, Lemay, Bursten; ed.Pearson Fisicoquimica ; Pons Muzzo,Gaston;8 ed. FISICOQUIMICA Raymond ChangGRAFICO OBTENIDO CON LOS DATOS DEL LABORATORIO :Y=LnPvX=1/Tobservamos que se trata de una funcion lineal .

IX. CUESTIONARIO1. Analice la relacion que existe entre los valores del calor molar de vaporizacion y la naturaleza de las sustancias.Todos los slidos y lquidos producen vapores consistentes en tomos o molculas que se han evaporado de sus formas condensadas. Si la sustancia, slida o lquida, ocupa una parte de un recipiente cerrado, las molculas que escapan no se pueden difundir ilimitadamente sino que se acumulan en el espacio libre por encima de la superficie del slido o el lquido, y se establece un equilibrio dinmico entre los tomos y las molculas que escapan del lquido o slido y las que vuelven a l. La presin correspondiente a ste equilibrio es la presin de vapor y depende slo de la naturaleza del lquido o slido y de la temperatura, pero no depende del volumen de vapor; por tanto, los vapores saturados no cumplen la ley de Boyle Mariotte.Trouton encontr que, para la mayora de lquidos, la relacin entre la entalpa molar de vaporizacin y la temperatura normal de ebullicin (Hvap/Te) era aproximadamente 92K . Se sabe que Hvap/Te=Svap. Es decir, la relacin de Trouton es una medida del aumento del desorden al tomar 1 mol de partculas empaquetadas en el estado lquido y separarlas en el estado gaseoso. Algunos lquidos, como el agua, presentan relaciones Hvap/Te elevadas porque son sustancias con partculas fuertemente asociadas en el estado lquido (p.ej. mediante enlace de hidrgeno), es decir, con un estado lquido a normalmente ordenado.2. Analice la variacion de la presion de vapor con la presion externa.La presin atmosfrica, la presin de vapor y la temperatura estn relacionadas muy ntimamente. En el proceso de ebullicin se forman burbujas de vapor a travs de la masa del lquido. En otras palabras ocurre una evaporacin en todas partes del lquido (no solo en la superficie superior). La razn de que esto ocurra solamente cuando la presin de vapor iguala a la presin atmosfrica es fcil de entender. A fin de que se forme y crezca una burbuja, la presin de vapor dentro de la burbuja debe ser por lo menos igual a la presin que el lquido ejerce sobre ella. Esta presin a su vez es igual a la presin de la atmsfera, ms la presin muy pequea debida al peso del lquido que est encima de la burbuja. Por lo tanto la formacin de la burbuja y la ebullicin solo ocurre cuando la presin de vapor del lquido es igual a la presin de la atmsfera cuando el lquido no llega a evaporizarse sobre su punto de ebullicin, se produce un sobrecalentamiento al seguir suministrndose calor, esto es al alcanzar una temperatura mayor que su punto de ebullicin, cuando finalmente se produce la formacin de la burbuja de un lquido sobrecalentado, esto ocurre con violencia casi explosiva porque la presin de vapor de las burbujas incide en mucho con la presin atmosfrica, tal ebullicin violenta se llama barboteo.3. Explique el metodo de saturacion gaseosa para determinar la presion de vapor de los liquidos.El mtodo de saturacin gaseosa es utilizado, especialmente para disoluciones y sales hidratadas.Se enva una corriente de gas portador inerte sobre la sustancia para que aqul se sature de vapor de sta. La medida de la cantidad de sustancia transportada por un volumen conocido de gas portador puede realizarse o bien mediante su recogida en un sifn adecuado o bien mediante una tcnica analtica acoplada. As se puede calcular despus la presin de vapor a una temperatura dada.

Este mtodo lo propuso Walker, es ms elaborado. Si Pt es la presin en el aparato en condiciones de saturacin, Ng los moles de gas que pasan por l, y Nv = Wv/Mv l nmero de moles de vapor colectado, entonces la presin parcial del vapor P que es igual a la de vapor del lquido en la condicin de saturacin es:P = (Nv)/ (Ng+Nv).PtEste procedimiento, es por regla general mucho ms tedioso que los otros mtodos, pero permite excelentes resultados.