Fiqui Presion.vap

8/14/2019 Fiqui Presion.vap

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICA

DEPARTAMENTO ACADMICO DE FISICOQUMICA

LABORATORIO DE FISICOQUMICA

ALUMNOS: ORIHUELA TACURI, Csar DiegoNARRO TACO, Natali Sofa Marina

PRCTICA PRESIN DE VAPORJEFE DE

PRCTICAYARANGO ROJAS, Alejandro

REALIZADO 23 de noviembre del 2007

F.REALIZADO 23 de noviembre del 2007

F.ENTREGADO 3 de diciembre del 2007


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Laboratorio de Fisicoqumica Prctica N 5: Presin de vapor

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NDICE

RESUMEN 3

INTRODUCCIN 4

PRINCIPIOS TERICOS 5

TABULACIN DE DATOS 8

CLCULOS 10

DISCUSIN DE RESULTADOS 12

CONCLUSIONES 13

RECOMENDACIONES 14

BIBLIOGRAFA 15

APNDICE 16


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RESUMEN

La presente prctica tiene como ttulo Presin de vapor. Para llevar a cabo la experiencia seha utilizado el mtodo esttico de determinacin de presin de vapor. Para realizar la prctica

con este mtodo se utiliz un baln con dos conexiones, una hacia el ambiente y otra haciaun manmetro de mercurio.

Una vez realizadas las mediciones manomtricas y de temperatura procedemos a realizar losclculos respectivos que tienen como objetivo determinar la presin de vapor de agua enfuncin de la temperatura. Para esto se logr establecer una expresin matemtica querelaciona a ambos parmetros:

Ln Pv = - (4459,1 / T) + 18,5535

Donde T se expresa en K y Pv en mmHg.

Para poder llegar a esta expresin y hallar tanto los Hv como los C se recurri a la ecuacinde Clausius Claperyron. Se obtuvo por el mtodo analtico un Hv promedio igual a8828,9407 cal/mol y un C promedio igual a 18,5535. Se realiz tambin una grfica de Ln Pvvs 1/T y por medio de la ecuacin de la recta se determin tambin un Hv igual a8928,6120 cal/mol y un C igual a 18,7008.

Mediante la realizacin de esta experiencia hemos concluido principalmente que la presinde vapor es una funcin de la temperatura a la cual se encuentra el lquido estudiado.


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INTRODUCCIN

La presin de vapor o ms comnmente presin de saturacin es la presin a la que a cadatemperatura la fase lquida y vapor se encuentran en equilibrio dinmico; su valor es

independiente de las cantidades de lquido y vapor presentes mientras existan ambas. En lasituacin de equilibrio, las fases reciben la denominacin de lquido saturado y vaporsaturado.

Imaginemos una ampolla de cristal en la que se ha realizado el vaco y que se mantiene a unatemperatura constante; si introducimos una cierta cantidad de lquido en su interior ste seevaporar rpidamente al principio hasta que se alcance el equilibrio entre ambas fases.Inicialmente slo se produce la evaporacin ya que no hay vapor; sin embargo a medida quela cantidad de vapor aumenta y por tanto la presin en el interior de la ampolla, se vaincrementando tambin la velocidad de condensacin, hasta que transcurrido un ciertotiempo ambas velocidades se igualan. Llegados a este punto se habr alcanzado la presinmxima posible en la ampolla (presin de vapor o de saturacin) que no podr superarsesalvo que se incremente la temperatura.

El equilibrio dinmico se alcanzar ms rpidamente cuanta mayor sea la superficie decontacto entre el lquido y el vapor, pues as se favorece la evaporacin del lquido; delmismo modo que un charco de agua extenso pero de poca profundidad se seca ms rpidoque uno ms pequeo pero de mayor profundidad que contenga igual cantidad de agua. Sinembargo, el equilibrio se alcanza en ambos casos para igual presin.

La presin de vapor tiene una gran importancia para el Derecho Ambiental: El ndice de

Peligrosidad (Ip) de una sustancia est determinado por el cociente entre la Presin de Vaporde la sustancia y su CMP (Concentracin Mxima Permitida) en condiciones estndar (20 Cy 1 atm), por lo que esta propiedad nos permite analizar la viabilidad del uso de una sustancia

para actividades determinadas, debido a que indica la probabilidad de que la misma sevolatilice.


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PRINCIPIOS TERICOS

PRESIN DE VAPOR:

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

En el dibujo se representa un recipiente cerrado, llenoparcialmente de un lquido (azul).

Este lquido como toda sustancia est constituido pormolculas (bolitas negras), que estn en constantemovimiento al azar en todas direcciones. Estemovimiento errtico, hace que se produzcan choquesentre ellas, de estos choques las molculasintercambian energa, tal y como hacen las bolas de

billar al chocar; algunas aceleran, mientras otras sefrenan.En este constante choque e intercambio de energa,algunas molculas pueden alcanzar tal velocidad, quesi estn cerca de la superficie pueden saltar del lquido(bolitas rojas) al espacio cerrado exterior como gases.A este proceso de conversin lenta de los lquidos agases se les llama evaporacin.

A medida que mas y mas molculas pasan al estadode vapor, la presin dentro del espacio cerrado sobreel lquido aumenta, este aumento no es indefinido, y

hay un valor de presin para el cual por cada molcula que logra escapar del

lquido necesariamente regresa una de las gaseosas a l, por lo que se establece un equilibrioy la presin no sigue subiendo. Esta presin se conoce como Presin de Vapor Saturado.La presin de vapor saturado depende de dos factores:

1. La naturaleza del lquido2. La temperatura

Influencia de la naturaleza del lquido

El valor de la presin de vapor saturado de un lquido, da una idea clara de su volatilidad, loslquidos ms voltiles (ter, gasolina, acetona, etc.) tienen una presin de vapor saturado msalta, por lo que este tipo de lquidos, confinados en un recipiente cerrado mantendrn, a lamisma temperatura, una presin mayor que otros menos voltiles. Eso explica por qu atemperatura ambiente en verano, cuando destapamos un recipiente con gasolina, notamos quehay una presin considerable en el interior, mientras que si el lquido es, por ejemplo, agua,cuya presin de vapor saturado es ms baja, apenas lo notamos cuando se destapa elrecipiente.


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Influencia de la temperatura

Del mismo modo, habremos notado que la presin de vapor de saturacin crece con elaumento de la temperatura, de esta forma si colocamos un lquido poco voltil como el aguaen un recipiente y lo calentamos, obtendremos el mismo efecto del punto anterior, es deciruna presin notable al destaparlo.

La relacin entre la temperatura y la presin de vapor saturado de las sustancias, no es unalnea recta, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicar la

presin, pero si se cumplir siempre, que para cada valor de temperatura, habr un valor fijode presin de vapor saturado para cada lquido.La explicacin de este fenmeno se basa en el aumento de energa de la molculas alcalentarse.Cuando un lquido se calienta, estamos suministrndole energa. Esta energa se traduce enaumento de velocidad de las molculas que lo componen, lo que a su vez significa, que loschoques entre ellas sern mas frecuentes y violentos.Es fcil darse cuenta entonces, que la cantidad de molculas que alcanzarn suficientevelocidad para pasar al estado gaseoso ser mucho mayor, y por tanto mayor tambin la

presin.

VARIACIN DE LA PRESIN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA

La presin de vapor de un liquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lohace la temperatura hasta el punto critico del liquido. Cuando se aumenta la temperatura esaumentada o mayor la porcin de molculas, estas toman la energa necesaria para hacer el

cambio de liquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor presin para establecer unequilibrio entre el vapor y el liquido. Hay un acensu lento a bajas temperaturas, y luego unomuy rpido como puede observarse como aumento de la pendiente de las curvas. Estavariacin de la presin de vapor con la temperatura se expresa matemticamente con laecuacin de Clausius-Clapeyron. Para la transicin de lquidos a vapor P es la presin a latemperatura T, D H= D Hv el calor de vaporizacin de un peso dado de liquido, y V1 = V l elvolumen del liquido, mientras que V2 = V g es el volumen del mismo pero de vapor. Enconsecuencia, para la vaporizacin la ecuacin de Clausius-Clapeyron puede escribirse as:

A temperatura no muy prxima a la critica V l es muy pequea comparada con V g y puededespreciarse. As a 100C, Vg del agua es 1671cc por gramo, mientras que Vi es solo 1.04 cc

por gramo. Ademas si suponemos que el vapor se comporta esencialmente como un gasideal, entonces Vg por mol viene dada por V g = RT/ P y la ecuacin anterior se transformaen :

Esta ecuacin es conocida como ecuacin de Clausius-Clapeyron.

Integrando esta nos queda de la siguiente forma:


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Log10 P = - D Hv / 2.303 R ( 1/ T ) + C

Adems comparamos la ecuacin con la de una lnea recta y = mx + b, sugiere que si Log10P para un liquido se grfica contra 1 / T, entonces la grfica debe ser una lnea recta con :

PENDIENTE

m = (- D Hv / 2.303 R)

INTERSECCION

b = C

De las pendientes de las lneas, se deducen los calores de vaporizacin de diversos lquidos,as:

pendiente = m = - D Hv / 2.303 R y por lo tanto D Hv = - 2.303 R m = - 4.576m cal mol-1

La grafica anterior nos muestra el comportamiento de la ecuacin de Clausius-Clapeyron.


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TABULACIN DE DATOS:

DATOS TERICOS:T (K) Pv (mmHg) Ln Pv H vap (Cal.mol

-1) C teo.

372,15 733,24 6,5975 9928,7552 20,0720

371,15 707,27 6,5614 9926,0124 20,0683

370,15 682,07 6,5251 9927,7651 20,0710

369,15 657,62 6,4886 9922,0222 20,0632

368,15 633,90 6,4519 9930,7895 20,0756

367,15 610,90 6,4149 9923,1579 20,0653

366,15 588,60 6,3777 9900,0000 20,0332

365,15 566,99 6,3403 10384,5789 20,7035

364,15 546,05 6,3027 9917,3684 20,0573

363,15 525,76 6,2648 9926,0526 20,0695

362,15 506,10 6,2267 9926,0526 20,0695

361,15 487,10 6,1885 9917,3684 20,0573

360,15 468,70 6,1410 10384,5789 20,7035

359,15 450,90 6,1112 9900,0000 20,0332

358,15 433,60 6,0721 9923,1579 20,0653

357,15 416,80 6,0326 9930,7895 20,0756

356,15 400,60 5,9930 9922,0222 20,0632

355,15 384,90 5,9530 9927,7651 20,0710

354,15 369,70 5,9127 9926,0124 20,0683

353,15 355,10 5,8724 9928,7552 20,0720

PROMEDIO: 9968,6502 20,1279

DATOS EXPERIMENTALES:T (K) h(cm) Pv (mmHg) Ln Pv (1/T) . 10-3 (K

-1) H vap (Cal.mol

-1) C exp.

372,15 3,3 723,1085 6,5836 2,6871 9019,5436 18,8242

371,15 5,8 698,1907 6,5485 2,6943 9020,1700 18,8228

370,15 8,3 673,2729 6,5122 2,7016 8985,4864 18,7724

369,15 10,7 649,3518 6,4760 2,7089 8812,9019 18,5332

368,15 12,7 629,4176 6,4448 2,7163 8964,4737 18,7429

367,15 15,0 606,4932 6,4077 2,7237 8701,5789 18,3776

366,15 16,9 587,5557 6,3760 2,7311 9093,8837 18,9196

365,15 19,0 566,6247 6,3397 2,7386 9087,1579 18,9084

364,15 20,9 547,6872 6,3057 2,7461 8632,1053 18,2778363,15 22,7 529,7464 6,2724 2,7537 7972,1053 17,3560

362,15 24,3 513,7990 6,2418 2,7613 7972,1053 17,3560

361,15 26,1 495,8582 6,2063 2,7689 8632,1053 18,2778

360,15 28,1 475,9240 6,1653 2,7766 9087,1579 18,9084

359,15 29,7 459,9766 6,1312 2,7844 9093,8837 18,9196

358,15 30,8 449,0127 6,1071 2,7921 8701,5789 18,3776

357,15 32,6 431,0719 6,0663 2,7999 8964,4737 18,7429

356,15 33,9 418,1147 6,0358 2,8078 8812,9019 18,5332

355,15 35,6 401,1706 5,9944 2,8157 8985,4864 18,7724

354,15 37,0 387,2166 5,9590 2,8237 9020,1700 18,8228

353,15 38,3 374,2593 5,9249 2,8317 9019,5436 18,8242PROMEDIO: 8828,9407 18,5535


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Porcentaje de error:

Analtico:

Terico Experimental % ErrorHv 9968,6502 8828,9407 11,43%

C 20,1279 18,5535 7,82%

Grfico:

Terico Experimental % ErrorHv 8928,6120

C 18,7008


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Este resultado es utilizado tanto para 99C como para 80C.Del mismo modo se determin el Hv para los datos tericos.

Determinacin analtica de la constante C:

Una vez obtenido el Hv para cada temperatura, podemos hallar la constante Creemplazando los respectivos valores hallados anteriormente en la ecuacin utilizada.Ejemplo:

A 99C tenemos:

6,5836 = (-9019,5436 / 1,98)(2,6871.10-3) + C

Entonces:

C = 18,8242

As se procede con los datos de cada una de las temperaturas y vamos hallando diferentesvalores para cada C.

Determinacin de los porcentajes de error:

En el mtodo analtico:

%Error = [(VtVe) / Vt ] x 100

Para el Hv:

% Error = [(9968,65028828,9407) / 9968,6502] x 100

% Error = 11,43%


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DISCUSIN DE RESULTADOS

Se obtuvieron resultados esperados, de acuerdo con los materiales utilizados para lamedicin de la presin de vapor del agua.

En todo momento estuvieron presentes las posibilidades de error en la medicin. Enprimer lugar, al comenzar la prctica debimos cerciorarnos de que el baln seencuentre con el mnimo de vapor de agua dentro de l. La cantidad de vapor presenteen el inicio nos da ya una incertidumbre, a pesar de que los niveles de mercurio enambos brazos del manmetro se hayan encontrado aproximadamente iguales. Luego,la medicin de la variacin de la altura del mercurio no fue medida instantneamente,es decir, en el momento preciso en el que el termmetro marcaba la temperaturaexacta. De esto se deduce que durante la medicin de la altura, la temperatura estuvovariando su valor. A esto se aade que la medicin de la altura no fue realizada demanera precisa, ya que se utiliz una regla milimtrica y al medir el mercurio ibacambiando su altura. Aqu se describen fuentes importantes de error para la medicin.

Los resultados obtenidos describen claramente la tendencia de variacin de la presin

de vapor con respecto de la temperatura. La relacin entre la temperatura y la presinde vapor saturado de las sustancias, no es una lnea recta, en otras palabras, si seduplica la temperatura, no necesariamente se duplicar la presin, pero s se cumplirsiempre, que para cada valor de temperatura, habr un valor fijo de presin de vaporsaturado para cada lquido.


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CONCLUSIONES

La presin de vapor de un lquido depende grandemente de la temperatura a la queste se halla. Adems, la presin de vapor tambin depender del tipo de sustancia(naturaleza de la sustancia) con la que se trabaja.

El calor molar de vaporizacin es la cantidad de calor que absorbe un mol de unlquido para pasar al estado gaseoso sin variar su temperatura.

A temperaturas menores que la de ebullicin, un lquido tambin desprende vapor,Este proceso se denomina evaporizacin y se da debido al fcil desprendimiento delas molculas que se encuentran en la superficie del lquido.

Al descender la temperatura del lquido (agua) luego de haberlo llevado a los 99C, senot que el mercurio empezaba a ascender hacia el lado del baln, Esto es debido aque durante el calentamiento, en el espacio libre del baln se form un vaco por la

presin del vapor que desplaz al aire presente.


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RECOMENDACIONES

Antes de empezar con el calentamiento del agua se recomienda abrir la llave queconecta al baln con el ambiente para poder desprender el gas que se encuentre dentrodel baln o llenar el vaco dentro de ste.

No permitir que el agua sobrepase su punto de ebullicin (sobrecalentamiento delsistema), ya que la medicin resultara totalmente errada al no existir una variacin detemperatura durante algunos segundos.

Para realiza r una mejor medicin se recomienda trabajar entre dos personas, una quemida la altura que sube el mercurio a partir del punto inicial y otra que mida la alturaque baja el mercurio a partir de dicho punto.

Para mantener en buen estado el sistema, al finalizar la prctica se recomienda abrir lallave del baln al ambiente. Esto porque si se deja conectado el baln al manmetro,con el tiempo el mercurio puede continuar subiendo hasta llegar al tubo de conexin,estropeando el equipo de medicin.


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BIBLIOGRAFA

Lange Manual de Quimica 13 Edicin, Mc Graw Hill Tomo IV 1989,Mexico John A.Dean,Pag. 10-94Pons Muzzo, Gastn, Fisicoqumica,Editorial San Marcos, 5ta Edicin, Lima, Pg.: 205-212.


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APNDICE

CUESTIONARIO:

1. Describa un mtodo para determinar las presiones de vapor para mezclas delquidos.

Si un soluto tiene una presin de vapor medible, la presin de vapor de su disolucinsiempre es menor que la del disolvente puro. De esta forma la relacin entre la presin devapor de la disolucin y la presin de vapor del disolvente depende de la concentracindel soluto en la disolucin. Esta relacin entre ambos se formula mediante la Ley deRaoult mediante la cual: la presin parcial de un disolvente sobre una disolucin P1 estdada por la presin de vapor del disolvente puro Po1, multiplicada por la fraccin molardel disolvente en la disolucin X1.

Es decir que la presin de vapor del soluto crece linearmente con su fraccin molar. Enuna solucin que slo contenga soluto, se tiene que X1=1-X2, donde X2 es la fraccinmolar del soluto, pudiendo escribir la formulacin de la ley como:

Se puede ver de esta forma que una disminucin en la presin de vapor, P es

directamente proporcional a la concentracin del soluto presente.

Una vez que los componentes de la solucin han alcanzado el equilibrio qumico, la

presin total del vapor es:

y la presin individual de los componentes gaseosos es

donde:

(Pi)puroes la presin de vapor del componente puro.

Xi es la fraccin molar del componente en solucin.

Consecuentemente a medida que el nmero de componentes gaseosos va creciendo en lasolucin, la presin de los componentes individuales decrece, as como la fraccin molarde cada uno de ellos que va decreciendo igualmente con la adiccin de nuevoscomponentes. Si se tuviera un soluto puro, se alcanzara el valor nulo de presin de vapor(es decir el cuerpo no se evaporara). En este caso la presin de vapor de la disolucinsera igual a la suma de las presiones parciales de cada componente (Ley de Dalton).

Esta ley se cumple slo para disoluciones ideales no obstante es una buenaaproximacin cualitativa


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2. Haga un anlisis del efecto de la presin atmosfrica sobre el punto de ebullicin delos lquidos.

El punto de ebullicin de un compuesto qumico es la temperatura que debe alcanzar estepara pasar del estado lquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denominapunto de condensacin. La definicin exacta del punto de ebullicin es la temperatura a

la cual la presin de vapor iguala a la presin atmosfrica. Por ejemplo, a nivel del mar lapresin atmosfrica es de 1 atm. o 760 mmHg, el punto de ebullicin del agua a estapresin ser de 100C porque a esa temperatura la presin de vapor alcanza una presinde 1 atm.

Cuando se aumenta la presin sobre un lquido, el p.e. aumenta. El agua, sometida a unapresin de 1 atmsfera (101.325 pascales), hierve a 100 C, pero a una presin de 217atmsferas el p.e. alcanza su valor mximo, 374 C. Por encima de esta temperatura, (latemperatura crtica del agua) el agua en estado lquido es idntica al vapor saturado.

El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado slido, el estadolquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presinde vapor. El punto triple del agua, por ejemplo, est a 273,16 K (0,01C) y a una presinde 611,73 Pa


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3. Indique la diferencia que existe en la determinacin de la presin de vapor de loslquidos por los mtodos esttico y dinmico simple.

Mtodo dinmico

El mtodo dinmico se basa en la medida de la temperatura de ebullicin correspondientea una presin especfica.

Intervalo recomendado:

De 10 hasta 105Pa.

Este mtodo se ha recomendado tambin para determinar el punto de ebullicin normal y,para este fin, es til hasta a 600K.

Mtodo esttico

En este procedimiento, la presin de vapor que se establece en un sistema cerrado, enequilibrio termodinmico, se determina a una temperatura especfica. Este mtodo esaplicable a slidos y lquidos que contengan uno o varios componentes.

Intervalo recomendado:

De 10 hasta 105Pa. Este mtodo puede utilizarse tambin en el intervalo de 1 a 10 Pasiempre que se tenga cuidado.

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