237536051 informe-de-fisicoquimica-2

informe

UNIVERSIDAD NACIONAL
“SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD : CIENCIAS DEL AMBIENTE
ESCUELA PROFESIONAL : INGENIERÍA AMBIENTAL
ASIGNATURA : FÍSICOQUIMICA
TÍTULO : “PRESIÓN DE VAPOR”
CICLO : 2014-I
ESTUDIANTE : LEÓN CHAVEZ EDY PETER
DOCENTE :
BARBA REGALADO ALEJANDRO NAPOLEÓN
HUARAZ-PERÚ
2014
Página 1
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
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 2
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
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.
Página 3
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
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.
Página 4
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
2. VARIACIÓN DELA PRESIÓN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA
La presión de vapor de un líquido es directamente proporcional a la temperatura.
Esta relación se observa mediante la ecuación de Clapeyron.
𝑑𝑝
𝑑𝑡
=
∆𝐻
𝑉𝑔−𝑉1
=
Δ𝐻
𝑇Δ𝑣
(1)
Dónde:
∆𝑯 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
𝑽𝒍 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑙
𝑽 𝒈 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑠 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑙
𝒅𝒑
𝒅𝒕
= 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎
𝑻 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎
Si se asume que 𝑉1 es despreciable en comparación con 𝑉𝑔 si se sustituye 𝑉𝑔=
𝑅𝑇
𝑃
, Δ𝐻
constante se tiene la siguiente ecuación:
𝑑𝑝
𝑑𝑡
= 𝑃
∆𝐻 𝑣
𝑅𝑇2 (2)
Integrando sin límites se tiene:
ln 𝑃 =
∆𝐻𝑣
𝑅
(1
𝑇⁄ ) + 𝐶 (3)
Página 5
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
Donde:
Δ𝐻 𝑉∶ 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)
𝑪: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
Si graficamos lnP vs 1/T se obtiene una línea recta con pendiente negativa e igual a
−Δ𝐻 𝑣
𝑅
del cual se halla Δ𝐻 𝑣.
La presión de vapor se puede expresar como una función de la temperatura mediante
la integral de la ecuación (3)
ln 𝑃 =
𝐴
𝑇
+ 𝐵𝑇 − 𝐶𝑇2
+ 𝐷+… (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 Δ𝐻 𝑣 constante en el rango de temperatura de la experiencia. Se obtiene la
segunda ecuación de Clausius-Clapeyron:
2.3 𝑙𝑜𝑔
𝑃2
𝑃1
=
∆𝐻 𝑣
𝑅
𝑇2−𝑇1
𝑇2 𝑇1
(5)
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
II. 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 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
será igual a la atmósfera, por lo tanto el nivel de mercurio en las dos
ramas de tubo en u serán iguales.
Página 7
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
c. Cierre las llaves N° 2 y 3 y mantener abierta la 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 llave N° 3 y abra la llave N° 2 para
evitar que el mercurio ingrese al matraz.
Página 8
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
III. CÁLCULOS Y RESULTADOS:
I. Cálculos:
1. Con los datos de presión y temperatura construir una gráfica de LogP vs
1/T.
𝑻 °𝒄 𝑻 °𝑲 𝟏/𝑻 P mmhg 𝒍𝒐𝒈𝑷
84 357 1/357 416.8 2.620
83 356 1/356 414.8 2.619
82 355 1/355 411.8 2.615
81 354 1/354 409.8 2.613
80 353 1/353 406.8 2.609
79 352 1/352 401.8 2.604
78 351 1/351 397.8 2.599
77 350 1/350 391.8 2.593
76 249 1/249 383.8 2.584
75 248 1/248 376.8 2.576
2.57
2.58
2.59
2.6
2.61
2.62
2.63
0.00279 0.0028 0.002810.002820.002830.002840.002850.002860.002870.00288
LogP
1/T
Página 9
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
2. Calcular el calor molar de vaporización de la muestra empleando la
ecuación de Clausius – Clapeyron y los datos de la gráfica.
1.
𝒅𝒑
𝒅𝒕
=
𝑷𝝀𝒗𝒂𝒑
𝑹𝑻 𝟐
2. REORDENANDO (1)
𝒅𝒑
𝒅𝒕
=
𝑷𝝀𝒗𝒂𝒑
𝑹𝑻 𝟐
𝑻 𝟐
𝒅𝒕
3. INTEGRANDO (2) SIN LIMITES
∫
𝒅𝒑
𝒅𝒕
=
𝝀𝒗𝒂𝒑
𝑹𝑻 𝟐
∫ 𝑻−𝟐
𝒅𝒕
𝐥𝐧 𝒑 =
−𝝀𝒗𝒂𝒑
𝝀
𝟏
𝑻
+ 𝑪
𝐥𝐨𝐠 𝒑 =
−𝝀𝒗𝒂𝒑
𝟐. 𝟑𝟎𝑹
𝟏
𝑻
+ 𝑪
−𝝀𝒗𝒂𝒑
𝟐. 𝟑𝟎𝑹
= 𝒑𝒆𝒏𝒅𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒄𝒕𝒂
𝑌 = 𝑎( 𝑥) + 𝑏
𝒀 = −𝟔𝟒𝟗. 𝟏𝒙 + 𝟒. 𝟒𝟒𝟒
Página 10
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
4. GRAFICAMENTE PAPEL MILIMETRADO
 Para calcular m y c usamos mínimos cuadrados con la ayuda de la siguiente tabla:
D
ó
n
d
e
:
DDonde : 𝑋 = 𝑙𝑜𝑔𝑃𝑌 = 1/𝑇
 Donde por ley de mínimos cuadrados se tiene la siguiente igualdad:
𝑚 =
𝑁(∑𝑥𝑦) − (∑𝑥)(∑𝑦)
𝑁(∑𝑥2) − (∑𝑥)2
𝑐 =
(∑𝑥2)(∑𝑦) − (∑𝑥)(∑𝑥𝑦)
𝑁(∑𝑥2)− (∑𝑥)2
 𝑟𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑚 𝑦 𝑐.
𝑚 =
10(0.073796) − (0.02835)(26.032)
10 (8.03789 𝑥10−5
) − (0.02835)2
𝑚 = −709.774
𝑐 =
(8.03789 𝑥10−5
)(26.032) − (0.02835)(0.073796)
10(8.03789 𝑥10−5
) − (0.02835)2
𝐶 = 4.615
 Ahora para hallar el calor molar usamos la siguiente ecuación:
n X y 𝒙 𝟐 𝒙𝒚
1 0.00280 2.620 7.84𝑥10−6 7.336 × 10−3
2 0.00280 2.619 7.84𝑥10−6 7.333 × 10−3
3 0.00281 2.615 7.8961𝑥10−6 7.348 × 10−3
4 0.00282 2.613 7.9524𝑥10−6 7.369 × 10−3
5 0.00283 2.609 8.0089𝑥10−6 7.383 × 10−3
6 0.00284 2.604 8.0656𝑥10−6 7.395 × 10−3
7 0.00285 2.599 8.1225𝑥10−6 7.407 × 10−3
8 0.00286 2.593 8.1796𝑥10−6 7.416 × 10−3
9 0.00287 2.584 8.2369𝑥10−6 7.416 × 10−3
10 0.00287 2.576 8.2369𝑥10−6 7.393 × 10−3
∑ 0.02835 26.032 𝟖. 𝟎𝟑𝟕𝟖𝟗 𝒙𝟏𝟎−𝟓 0.073796
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PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
∆𝐻𝑣 = 𝑚2.30𝑅
 Remplazando los valores tenemos:
∆𝐻𝑣 = −709.774(2.30)(1.98)
∆𝐻𝑣 = −3232.310
Pendiente de la gráfica experimentalmente:
𝑚 =
∆𝐻 𝑣
2.30𝑅
𝑚 = −163.2879
∆𝐻 𝑣 = 𝑚𝑅(2.30)
∆𝐻 𝑣 = 159052.4678
𝐿
𝑚𝑜𝑙𝐾
5. Establezca una expresión matemática de variación de la presión de vapor
con la temperatura.
 Sabemos que: 𝑙𝑜𝑔𝑃 =
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑡
) + 𝑐
 Despejando P: 𝑃 = 10
(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑡
)+𝑐)
 Para condiciones iniciales y finales tenemos
𝑃𝑖 = 10
(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑇 𝑖
)+𝑐)
… ……… 𝑐. 𝑖
𝑃𝑓 = 10
(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑇 𝑓
)+𝑐)
………… 𝑐. 𝑓
 Restamos:
𝑃𝑖 − 𝑃𝑓 = 10
(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑇 𝑖
)+𝑐)
− 10
(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑇 𝑓
)+𝑐)
𝑃𝑖 − 𝑃𝑓 = 10
(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑇 𝑖
)+𝑐)−(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑇 𝑓
)+𝑐)
Página 12
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
𝑃𝑖 − 𝑃𝑓 = 10
(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
1
𝑇 𝑖
−
1
𝑇 𝑓
))
𝑃𝑖 − 𝑃𝑓 = 10
(
∆𝐻𝑣
2.30𝑅
(
𝑇 𝑖−𝑇 𝑓
𝑇 𝑖 𝑇 𝑓
))
IV. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:
- 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
Página 13
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
V. CONCLUSIONES:
- En la determinación de la presión de vapor de los líquidos a 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 ambiental no difiere de una 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 el oxigeno presente en el sistema 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 al punto de ebullición del agua, 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.
Página 14
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
- 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.
VI. BIBLIOGRAFÍA
- Enciclopedia Mentor, 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
Página 15
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
VIII. APÉNDICE
INSTALACION CORRECTA DEL
EQUIPO
ESTABLECER EL NIVEL
DE MERCURIO
Página 16
PRESIÓN DE VAPOR GASES
FISICOQUIMICA
2014-I
CERRAR LAS LLAVES PARA QUE NO ENTRE
EL VAPOR DE AGUA
AGUA LLEVADA A EBULLICIÓN

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD : CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA PROFESIONAL : INGENIERÍA AMBIENTAL ASIGNATURA : FÍSICOQUIMICA TÍTULO : “PRESIÓN DE VAPOR” CICLO : 2014-I ESTUDIANTE : LEÓN CHAVEZ EDY PETER DOCENTE : BARBA REGALADO ALEJANDRO NAPOLEÓN HUARAZ-PERÚ 2014
  • 2. Página 1 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 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
  • 3. Página 2 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 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.
  • 4. Página 3 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I 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.
  • 5. Página 4 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I 2. VARIACIÓN DELA PRESIÓN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA La presión de vapor de un líquido es directamente proporcional a la temperatura. Esta relación se observa mediante la ecuación de Clapeyron. 𝑑𝑝 𝑑𝑡 = ∆𝐻 𝑉𝑔−𝑉1 = Δ𝐻 𝑇Δ𝑣 (1) Dónde: ∆𝑯 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑽𝒍 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑙 𝑽 𝒈 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑠 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑙 𝒅𝒑 𝒅𝒕 = 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑻 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 Si se asume que 𝑉1 es despreciable en comparación con 𝑉𝑔 si se sustituye 𝑉𝑔= 𝑅𝑇 𝑃 , Δ𝐻 constante se tiene la siguiente ecuación: 𝑑𝑝 𝑑𝑡 = 𝑃 ∆𝐻 𝑣 𝑅𝑇2 (2) Integrando sin límites se tiene: ln 𝑃 = ∆𝐻𝑣 𝑅 (1 𝑇⁄ ) + 𝐶 (3)
  • 6. Página 5 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I Donde: Δ𝐻 𝑉∶ 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) 𝑪: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 Si graficamos lnP vs 1/T se obtiene una línea recta con pendiente negativa e igual a −Δ𝐻 𝑣 𝑅 del cual se halla Δ𝐻 𝑣. La presión de vapor se puede expresar como una función de la temperatura mediante la integral de la ecuación (3) ln 𝑃 = 𝐴 𝑇 + 𝐵𝑇 − 𝐶𝑇2 + 𝐷+… (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 Δ𝐻 𝑣 constante en el rango de temperatura de la experiencia. Se obtiene la segunda ecuación de Clausius-Clapeyron: 2.3 𝑙𝑜𝑔 𝑃2 𝑃1 = ∆𝐻 𝑣 𝑅 𝑇2−𝑇1 𝑇2 𝑇1 (5)
  • 7. Página 6 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I II. 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 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 será igual a la atmósfera, por lo tanto el nivel de mercurio en las dos ramas de tubo en u serán iguales.
  • 8. Página 7 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I c. Cierre las llaves N° 2 y 3 y mantener abierta la 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 llave N° 3 y abra la llave N° 2 para evitar que el mercurio ingrese al matraz.
  • 9. Página 8 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I III. CÁLCULOS Y RESULTADOS: I. Cálculos: 1. Con los datos de presión y temperatura construir una gráfica de LogP vs 1/T. 𝑻 °𝒄 𝑻 °𝑲 𝟏/𝑻 P mmhg 𝒍𝒐𝒈𝑷 84 357 1/357 416.8 2.620 83 356 1/356 414.8 2.619 82 355 1/355 411.8 2.615 81 354 1/354 409.8 2.613 80 353 1/353 406.8 2.609 79 352 1/352 401.8 2.604 78 351 1/351 397.8 2.599 77 350 1/350 391.8 2.593 76 249 1/249 383.8 2.584 75 248 1/248 376.8 2.576 2.57 2.58 2.59 2.6 2.61 2.62 2.63 0.00279 0.0028 0.002810.002820.002830.002840.002850.002860.002870.00288 LogP 1/T
  • 10. Página 9 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I 2. Calcular el calor molar de vaporización de la muestra empleando la ecuación de Clausius – Clapeyron y los datos de la gráfica. 1. 𝒅𝒑 𝒅𝒕 = 𝑷𝝀𝒗𝒂𝒑 𝑹𝑻 𝟐 2. REORDENANDO (1) 𝒅𝒑 𝒅𝒕 = 𝑷𝝀𝒗𝒂𝒑 𝑹𝑻 𝟐 𝑻 𝟐 𝒅𝒕 3. INTEGRANDO (2) SIN LIMITES ∫ 𝒅𝒑 𝒅𝒕 = 𝝀𝒗𝒂𝒑 𝑹𝑻 𝟐 ∫ 𝑻−𝟐 𝒅𝒕 𝐥𝐧 𝒑 = −𝝀𝒗𝒂𝒑 𝝀 𝟏 𝑻 + 𝑪 𝐥𝐨𝐠 𝒑 = −𝝀𝒗𝒂𝒑 𝟐. 𝟑𝟎𝑹 𝟏 𝑻 + 𝑪 −𝝀𝒗𝒂𝒑 𝟐. 𝟑𝟎𝑹 = 𝒑𝒆𝒏𝒅𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒄𝒕𝒂 𝑌 = 𝑎( 𝑥) + 𝑏 𝒀 = −𝟔𝟒𝟗. 𝟏𝒙 + 𝟒. 𝟒𝟒𝟒
  • 11. Página 10 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I 4. GRAFICAMENTE PAPEL MILIMETRADO  Para calcular m y c usamos mínimos cuadrados con la ayuda de la siguiente tabla: D ó n d e : DDonde : 𝑋 = 𝑙𝑜𝑔𝑃𝑌 = 1/𝑇  Donde por ley de mínimos cuadrados se tiene la siguiente igualdad: 𝑚 = 𝑁(∑𝑥𝑦) − (∑𝑥)(∑𝑦) 𝑁(∑𝑥2) − (∑𝑥)2 𝑐 = (∑𝑥2)(∑𝑦) − (∑𝑥)(∑𝑥𝑦) 𝑁(∑𝑥2)− (∑𝑥)2  𝑟𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑚 𝑦 𝑐. 𝑚 = 10(0.073796) − (0.02835)(26.032) 10 (8.03789 𝑥10−5 ) − (0.02835)2 𝑚 = −709.774 𝑐 = (8.03789 𝑥10−5 )(26.032) − (0.02835)(0.073796) 10(8.03789 𝑥10−5 ) − (0.02835)2 𝐶 = 4.615  Ahora para hallar el calor molar usamos la siguiente ecuación: n X y 𝒙 𝟐 𝒙𝒚 1 0.00280 2.620 7.84𝑥10−6 7.336 × 10−3 2 0.00280 2.619 7.84𝑥10−6 7.333 × 10−3 3 0.00281 2.615 7.8961𝑥10−6 7.348 × 10−3 4 0.00282 2.613 7.9524𝑥10−6 7.369 × 10−3 5 0.00283 2.609 8.0089𝑥10−6 7.383 × 10−3 6 0.00284 2.604 8.0656𝑥10−6 7.395 × 10−3 7 0.00285 2.599 8.1225𝑥10−6 7.407 × 10−3 8 0.00286 2.593 8.1796𝑥10−6 7.416 × 10−3 9 0.00287 2.584 8.2369𝑥10−6 7.416 × 10−3 10 0.00287 2.576 8.2369𝑥10−6 7.393 × 10−3 ∑ 0.02835 26.032 𝟖. 𝟎𝟑𝟕𝟖𝟗 𝒙𝟏𝟎−𝟓 0.073796
  • 12. Página 11 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I ∆𝐻𝑣 = 𝑚2.30𝑅  Remplazando los valores tenemos: ∆𝐻𝑣 = −709.774(2.30)(1.98) ∆𝐻𝑣 = −3232.310 Pendiente de la gráfica experimentalmente: 𝑚 = ∆𝐻 𝑣 2.30𝑅 𝑚 = −163.2879 ∆𝐻 𝑣 = 𝑚𝑅(2.30) ∆𝐻 𝑣 = 159052.4678 𝐿 𝑚𝑜𝑙𝐾 5. Establezca una expresión matemática de variación de la presión de vapor con la temperatura.  Sabemos que: 𝑙𝑜𝑔𝑃 = ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑡 ) + 𝑐  Despejando P: 𝑃 = 10 ( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑡 )+𝑐)  Para condiciones iniciales y finales tenemos 𝑃𝑖 = 10 ( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑇 𝑖 )+𝑐) … ……… 𝑐. 𝑖 𝑃𝑓 = 10 ( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑇 𝑓 )+𝑐) ………… 𝑐. 𝑓  Restamos: 𝑃𝑖 − 𝑃𝑓 = 10 ( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑇 𝑖 )+𝑐) − 10 ( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑇 𝑓 )+𝑐) 𝑃𝑖 − 𝑃𝑓 = 10 ( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑇 𝑖 )+𝑐)−( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑇 𝑓 )+𝑐)
  • 13. Página 12 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I 𝑃𝑖 − 𝑃𝑓 = 10 ( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 1 𝑇 𝑖 − 1 𝑇 𝑓 )) 𝑃𝑖 − 𝑃𝑓 = 10 ( ∆𝐻𝑣 2.30𝑅 ( 𝑇 𝑖−𝑇 𝑓 𝑇 𝑖 𝑇 𝑓 )) IV. DISCUSIÓN DE RESULTADOS: - 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
  • 14. Página 13 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I V. CONCLUSIONES: - En la determinación de la presión de vapor de los líquidos a 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 ambiental no difiere de una 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 el oxigeno presente en el sistema 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 al punto de ebullición del agua, 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.
  • 15. Página 14 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I - 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. VI. BIBLIOGRAFÍA - Enciclopedia Mentor, 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
  • 16. Página 15 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I VIII. APÉNDICE INSTALACION CORRECTA DEL EQUIPO ESTABLECER EL NIVEL DE MERCURIO
  • 17. Página 16 PRESIÓN DE VAPOR GASES FISICOQUIMICA 2014-I CERRAR LAS LLAVES PARA QUE NO ENTRE EL VAPOR DE AGUA AGUA LLEVADA A EBULLICIÓN