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RESUMEN 
Los objetivos de esta práctica fueron determinar la entalpia de vaporización y 
la presión de vapor de líquidos (agua destilada) por el método estático a 
temperaturas entre 80-99°C. 
La experiencia se realizó bajo las condiciones de laboratorio de: 
P=756mmHg, T=20°C y Hrel=96%. 
Para determinar la presión de vapor del agua se utilizó el método estático el 
cual consiste en calentar un balón con agua conectado a un manómetro con 
mercurio y para que luego conforme el sistema se va enfriando, el vapor 
empiece a condensarse y se cree un ligero vacío dentro de este, por lo cual la 
columna conectada al balón sube debido a que la presión de vapor del agua 
es menor que la presión atmosférica mientras que la rama del manómetro 
abierta al ambiente baja. 
Al realizar los cálculos las presiones de vapor obtenidas experimentalmente 
fueron 731.08 cal/mol a 99°C y así sucesivamente hasta llegar a 403.16 
cal/mol a 80°C mientras que las presiones de vapor teóricas son de 733.24 
cal/mol a 99°C, 355.1 cal/mol a 80°C. Los porcentajes de error fueron 0.29% y - 
13.53 % respectivamente. 
Luego de calcular las presiones de vapor hacemos uso de la ecuación de 
Clausius-Clapeyron para obtener la entalpia de vaporización del agua por el 
método analítico y gráfico. La entalpia de vaporización obtenida de forma 
analítica fue de 8388.89 cal/mol mientras que la entalpia de vaporización 
teórica fue de 9943.35cal/mol. Al calcular el porcentaje de error fue de 15.63% 
por defecto. Los resultados obtenidos de forma gráfica de la entalpia de 
vaporización teórica del agua fue 8230.75 cal/mol y la entalpia de vaporización 
experimental fue de 9943.35 cal/mol. Al calcular el porcentaje de error resulto 
17.22% por defecto. 
Se concluyó que luego de graficar Ln P vs 1/T se obtiene un pendiente de - 
4221.89 y una constante de 17.94, reemplazando estos datos en la ecuación 
de clausius-clapeyron se obtiene la siguiente relación matemática: 
Ln P = -4221.89 (1/T) +17.94. 
Se recomienda que cuando se llegue a los 80°C se debe girar la llave triple, de 
tal forma que quede conectado al medio ambiente, para que así no se 
transfiera mercurio del manómetro al matraz debido a que contaminaría el 
sistema (balón, la manguera de unión) y que el mercurio al mezclarse con el 
agua provocaría que una menor cantidad de moléculas de agua se evaporen y 
esto conllevaría a que la presión de vapor del agua disminuya.
2 
INTRODUCCION 
Si se coloca cierta cantidad de un líquido puro en un recipiente vacío que tiene 
un volumen mayor que el del líquido, una porción del líquido se evaporara 
hasta llenar de vapor el volumen restante. Suponiendo que queda cierta liquido 
una vez establecido el equilibrio, la presión del vapor en el recipiente es solo 
una función de la temperatura del sistema. La presión desarrollada es la 
presión de vapor del líquido, que es una propiedad característica de los líquidos 
y aumenta rápidamente con la temperatura. 
El vapor es usado en un gran rango de industrias. Las aplicaciones más 
comunes para el vapor son, por ejemplo, procesos calentados por vapor en 
fábricas y plantas, y turbinas impulsadas por vapor en plantas eléctricas, pero 
el uso del vapor en la industria se extiende más allá de las antes mencionadas. 
Algunas de las aplicaciones típicas del vapor para las industrias son: 
esterilización, calentamiento, impulso, movimiento, motriz, limpieza, hidratación 
y humidificación.
3 
PRINCIPIOS TEORICOS 
PRESION DE VAPOR 
La presión de vapor se define como la presión en la cual la fase líquida y 
el vapor se encuentra en equilibrio dinámico; su valor está en función de la 
temperatura y es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes 
mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la 
denominación de líquido saturado y vapor saturado. Esta propiedad posee una 
relación inversamente proporcional con las fuerzas de atracción 
intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el módulo de las mismas, 
mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya sea en forma de calor u 
otra manifestación) para vencerlas y producir el cambio de estado.. 
VARIACION DE LA PRESION DE VAPOR CON LA TEMPERATURA 
La presión de vapor varía en función de la temperatura, a medida que aumenta 
la temperatura, la presión de vapor muestra una rapidez de cambio cada vez 
mayor. 
PRESION DE VAPOR PARA ALGUNOS LIQUIDOS (mmHg) 
Temperatura 
(°C) 
AGUA ACETONA BENCENO ACIDO 
ACETICO 
0 4.58 67.3 26.5 … 
10 9.21 115.6 45.4 … 
20 17.53 184.8 74.7 11.7 
30 31.82 282.7 118.2 20.6 
40 55.32 421.5 181.1 34.8 
50 92.51 612.6 269.0 56.6 
60 149.4 860.6 388.6 88.9 
70 233.7 … 547.4 136 
80 355.1 … 753.6 202.3 
90 525.8 … 1016.1 293.7 
100 760 … …. 417.1 
En una situación como la relación temperatura-presión de vapor, siempre se 
intenta obtener una relación matemática para los dos variables. Esto se puede 
hacer representando gráficamente varias funciones de las dos variables para 
tratar de obtener una relación simple entre ellas. Para los datos de la presión 
de vapor se encuentra que si se representa gráficamente el logaritmo de la 
presión (Ln P) en función de la inversa de la temperatura absoluta (1/T), se 
obtiene una línea recta con pendiente negativa. Esta recta se puede 
representar mediante una ecuación de la forma: 
(1-1) 
Ln P = -푚 1 
푇 
+ cte
4 
Donde P es la presión de vapor, T es la 
temperatura absoluta, m es la pendiente 
de la recta y la cte es la intersección con 
el eje de Ln P. En la Ec. 1-1 las variables 
deben ser Ln P Y 1/T en lugar de P y T 
para que la ecuación sea la de una línea 
recta. 
El problema se puede enfocar también 
desde un punto de vista teórico; sin embargo, si se siguen procedimientos 
termodinámicos adecuados utilizando el cálculo, se obtiene la ecuación 
siguiente: 
푑푝 
푑푇 
= 
Δ퐻푣 푝 
푅푇2 
En esta ecuación dp representa el cambio muy pequeño en la presión de vapor 
con un cambio muy pequeño de temperatura a la temperatura T, a la que la 
presión de vapor es p. El calor de evaporación de 1 mol de líquido es Δ퐻푣 . 
Ahora bien, si se integra la ecuación, suponiendo que Δ퐻푣 sea independiente 
de la temperatura, se obtiene la expresión siguiente: 
(1.2) 
Ln p = - Δ퐻푣 
2.303푅푇 
+ I 
Si comparamos las ecuaciones 1-1 y 1-2 veremos que la pendiente A de la Ec. 
1-1 es igual a Δ퐻푣/2.303푅. Por lo tanto, tenemos en estas ecuaciones un medio 
de calcular el calor molar de evaporaciones del líquido. 
Para llevar a cabo este cálculo es conveniente convertir la Ec. 1-2 en una 
ecuación de dos puntos eliminando así la constante I. La ecuación así obtenida 
es: 
Log 
푝2 
푝1 
= Δ퐻푣 
2.303푅 
( 1 
푇1 
− 1 
푇2 
) 
Sería mucho más exacto usar varios puntos y obtener el valor de Δ퐻푣 
utilizando el método de los promedios o algún procedimiento matemático 
similar. El método usado en este ejemplo, suele dar excelentes resultados si 
los puntos se escogen bien. Debe agregarse que Δ퐻푣 no es completamente 
independiente de la temperatura y el valor determinado en este tipo de cálculo 
es más un valor promedio para el margen de temperaturas que se cubren.
5 
CALOR DE VAPORIZACIÓN 
La entalpía de vaporización o calor de vaporización es la cantidad 
de energía necesaria para que la unidad de masa (kilogramo, mol, etc.) de 
una sustancia que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a 
una presión de una atmósfera pase completamente del estado líquido al 
estado gaseoso. Se representa por ΔHv, por ser una entalpía. El valor 
disminuye a temperaturas crecientes, lentamente cuando se está lejos 
del punto crítico, más rápidamente al acercarse, y por encima de 
la temperatura crítica las fases de líquido y vapor ya no coexisten. 
Generalmente se determina en el punto de ebullición de la sustancia y se 
corrige para tabular el valor en condiciones normales. 
El calor molar de vaporización es el calor necesario para que un mol de una 
sustancia cambie de estado líquido a estado gas. 
Δ푈 = Δ퐻 − Δ(푃푉) 
MÉTODO ESTATICO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA PRESION DE 
VAPOR DE LOS LIQUIDOS 
En los Métodos estáticos se mide directa o indirectamente la presión ejercida 
cuando se introduce liquido en exceso en un recipiente evacuado. Para 
temperaturas inferiores a la del ambiente, la presión se puede medir 
directamente y para temperaturas superiores a la temperatura ambiente la 
presión se puede medir indirectamente. 
El método estático indirecto se utiliza para determinar la presión de vapor a 
temperaturas superiores ala del ambiente. Este método consiste en introducir el 
líquido en un balón, la presión dentro del recipiente debe ser igual a la presión 
atmosférica al calentar parte del líquido se evapora (absorbiendo calor latente) 
hasta que se establezca una cierta presión de saturación. A la temperatura de 
99°C. el balón debe ser conectado al manómetro, en el cual se producen 
desniveles de mercurio en ambas ramas. Conforme el sistema se va enfriando, 
el vapor empieza a condensarse y se crea un ligero vacío dentro de él, por lo 
tanto la columna conectada al balón sube en tanto que la abierta al ambiente 
baja. Terminando el experimento cierre la llave conectada al balón y ábrala al 
ambiente, de esta forma evitara que el mercurio pueda pasar al balón.
6 
TABLA DE DATOS 
TABLA 1: CONDICIONES EXPERIMENTALES 
Temperatura (°c) Presión (mmHg) %humedad rel. 
20 756 96 
TABLA 2: VARIACIÓN DE LAS ALTURAS PARA DETERMINAR LA 
PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA DESTILADA POR EL MÉTODO ESTÁTICO. 
Temperatura (°C) h1 (mm) h2 (mm) 
99 10 15 
98 19 25 
97 34 38 
96 43 47 
95 55 57 
94 65 68 
93 75 78 
92 83 85 
91 93 95 
90 100 105 
89 110 115 
88 120 122 
87 125 130 
86 133 135 
85 140 145 
84 148 153 
83 156 160 
82 163 168 
81 170 175 
80 173 181 
TABLA 3: DATOS TEORICOS PARA DETERMINAR LA Pvapor DEL AGUA 
DESTILADA POR EL METODO ESTATICO (*) 
DENSIDAD DEL MERCURIO A 
UNA TEMPERATURA DE 20°C 
13545.87 Kg/m3 
CONSTANTE DE LO GASES (R) 1.987 cal/mol.K 
(*) H. Perry y D.W. Green, ´´Perry’s Chemical Engineers Handbook´´, 6° 
ed. Edit. McGraw-Hill, Nueva York. Pag 3-77
7 
TABLA 4: DATOS TEORICOS DE LA PRESION DE VAPOR DEL AGUA 
Temperatura (°C) Pvapor (mmHg) 
80 355.1 
81 369.7 
82 384.9 
83 400.6 
84 416.8 
85 433.6 
86 450.9 
87 468.7 
88 487.1 
89 506.1 
90 525.76 
91 546.05 
92 566.99 
93 588.60 
94 610.90 
95 633.90 
96 657.62 
97 682.07 
98 707.27 
99 733.24 
TABLA 5: PORCENTAJE DE ERROR EN LA DETERMINACIÓN DE LA 
PRESION DEL VAPOR DEL AGUA POR EL METODO ESTATICO 
Temperatura (°C) Pvapor (mmHg) %Error 
99 731.08 0.29 
98 712.14 -0.69 
97 684.24 -0.32 
96 666.30 -1.32 
95 644.37 -1.65 
94 623.44 -2.05 
93 603.50 -2.53 
92 588.55 -3.80 
91 568.62 -4.13 
90 551.67 -4.93 
89 531.74 -5.07 
88 514.79 -5.68 
87 501.84 -7.07 
86 488.88 -8.42 
85 471.93 -8.84 
84 455.99 -9.40 
83 441.04 -10.09 
82 426.09 -10.70 
81 412.13 -11.48 
80 403.16 -13.53
8 
TABLA 6: DETERMINACION DE LA ENTALPIA DE VAPORIZACION 
EXPERIMENTAL POR EL METODO ANALITICO 
T (°C) Δ Hv 
(cal/mol) 
Δ Hv promedio 
(cal/mol) 
CTE CTE promedio 
99-80 8180.44 
8388.89 
17.66 
17.94 
98-81 8402.76 17.96 
97-82 8248.24 17.74 
96-83 8291.33 17.81 
95-84 8213.12 17.70 
94-85 8082.90 17.51 
93-86 7862.36 17.21 
92-87 8329.48 17.86 
91-88 8662.91 18.32 
90-89 9615.37 19.64 
TABLA 7: DETERMINACION DE LA ENTALPIA DE VAPORIZACION 
EXPERIMENTAL POR EL METODO GRAFICO 
T (K) 1/T Ln Pv Δ Hv graf ica 
(cal/mol) 
CTE 
372.15 0.002687 6.594523 
8230.75 
17.72 
371.15 0.002694 6.568275 
370.15 0.002702 6.528309 
369.15 0.002709 6.501740 
368.15 0.002716 6.468273 
367.15 0.002724 6.435253 
366.15 0.002731 6.402746 
365.15 0.002739 6.377662 
364.15 0.002746 6.343212 
363.15 0.002754 6.312950 
362.15 0.002761 6.276155 
361.15 0.002769 6.243759 
360.15 0.002777 6.218281 
359.15 0.002784 6.192117 
358.15 0.002792 6.156831 
357.15 0.0028 6.122471 
356.15 0.002808 6.089136 
355.15 0.002816 6.054651 
354.15 0.002824 6.021339 
353.15 0.002832 5.999334
9 
TABLA 8: DETERMINACION DE LA ENTALPIA DE VAPORIZACION 
TEORICA POR EL METODO GRAFICO 
T (K) 1/T Ln Pv Δ Hv graf ica 
(cal/mol) 
CTE 
372.15 0.002687 6.597473 
9943.35 
20.05 
371.15 0.002694 6.561412 
370.15 0.002702 6.525132 
369.15 0.002709 6.488627 
368.15 0.002716 6.451891 
367.15 0.002724 6.414933 
366.15 0.002731 6.377747 
365.15 0.002739 6.340342 
364.15 0.002746 6.302711 
363.15 0.002754 6.264845 
362.15 0.002761 6.226734 
361.15 0.002769 6.188469 
360.15 0.002777 6.149963 
359.15 0.002784 6.111246 
358.15 0.002792 6.072122 
357.15 0.0028 6.032606 
356.15 0.002808 5.992963 
355.15 0.002816 5.952984 
354.15 0.002824 5.912692 
353.15 0.002832 5.872399 
TABLA 9: PORCENTAJE DE ERROR EN LA DETERMINACION DE LA 
ENTALPIA DE VAPORIZACION DEL AGUA POR EL METODO ESTATICO 
TEORICO EXPERIMENTAL %ERROR 
Δ푯푽 cal/mol 
(analítico) 
9943.35 
8388.89 15.63 
Δ푯푽 cal/mol 
grafica 
8230.75 17.22
10 
CALCULOS 
1-) Calculando la presión de vapor: 
Pv + Ph = P1 = P2 = Patm 
Pv = Patm – Ph 
PV = P (mmHg) - 휌gh 
PV = P (mmHg) – 휌gh (Pa) x (760mmHg/1.01325x105Pa) 
Calculando para T=99°C: 
Pv = 756 mmHg –(9.81m/s2x13545.87Kg/m3x25m)x(760mmHg/1.01325x105Pa) 
Pv = 731.08 mmHg 
Se realiza el mismo cálculo para las demás temperaturas. 
Luego con los datos de presión y temperatura se construye una gráfica de 
Ln (Pv) vs 1/T. 
Para: T=99°C 
T K= T°C + 273.15  T= 372.15 K  1/T=0.002687 
P=731.08 mmHg  Ln (Pv) = 6.594523 
Se realiza el mismo cálculo para todas las temperaturas y presiones. 
*La grafica se encuentra en el apéndice. 
2-) Calculando el calor molar de vaporización 
Con los datos de presión y temperatura se calcula el Δ퐻푉 
Partiendo de la ecuación de clausius-clapeyron: Ln P = - 
Δ퐻푉 
푅푇 
+ C 
Se toma dos puntos, por ejemplo: 
T1 = 372.15 k, P1 = 731.08 mmHg 
T2 = 353.15 k, P2 =403.16 mmHg 
*Para T1 Y P1 
Δ퐻푉 
1.987 
Ln (731.08)= - 
푥(1/372.15) + C 
6.597473= -Δ퐻푉 x 1.352x10−3 + C……… (1) 
*Para T2 y P2 
R= 1.987 cal/mol
11 
Ln (403.16) = − Δ퐻푉 
1.987 
x (1/353.15) + C 
5.872399 = −Δ퐻푉 x 1.425x10−3 + C......... (2) 
Trabajando con la ecuación 1 y 2 se obtienen los valores de Δ푯푽 y C. 
Δ푯푽 = ퟖퟑퟖퟖ. ퟖퟗ풄풂풍/풎풐풍 C = 17.94 
Análogamente se toma los 9 pares de puntos restantes, los puntos deben ser 
tomados de extremo a extremo para que tengan una misma tendencia todos 
los pares de puntos (tendencia lineal). 
3-) Realizando un regresión matemática con todos los puntos, se obtiene 
un Δ푯푽 , y la expresión matemática, la cual relaciona la presión y la 
temperatura. 
m = -4142.3 c = 17.72 
m = - 
Δ퐻푉 
푅 
R= 1.987 cal/mol.K 
Calor molar de vaporización 
experimental, obtenido de la grafica 
Calor molar de vaporización 
promedio experimental 
Obtenido de forma analítica 
Δ퐻푉1 = 8230.75 cal/mol 
cal/mol 
Δ퐻푉2 = 8388.89 cal/mol
12 
ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS 
Para determinar la entalpia de vaporización del agua se halló la presión de 
vapor del agua por el método estático a temperaturas de 80-90°C. 
La entalpia de vaporización obtenida de forma analítica fue de 8388.89 cal/mol 
mientras que la entalpia de vaporización teórica fue de 9943.35cal/mol. Al 
calcular el porcentaje de error fue de 15.63% por defecto. 
Los resultados obtenidos de forma gráfica de la entalpia de vaporización teórica 
del agua fue 8230.75 cal/mol y la entalpia de vaporización experimental fue de 
9943.35 cal/mol. Al calcular el porcentaje de error resulto 17.22% por defecto. 
Este margen de error puede ser debido a una mala lectura del nivel de las 
ramas del manómetro y esto conllevaría a la obtención de una presión de vapor 
errónea.
13 
CONCLUSIONES 
 Las presiones de vapor obtenidas experimentalmente fueron: desde 
731.08 cal/mol a 99°C y finalmente 403.16 cal/mol a 80°C mientras que 
las presiones de vapor teóricas son de 733.24 cal/mol a 99°C, 355.1 
cal/mol a 80°C. los porcentajes de error fueron 0.29% y -13.53 % 
respectivamente. 
 El calor molar de vaporización del líquido fue cal/mol, con un porcentaje 
de error equivalente 8388.89 cal/mol con 15.63% y 8230.75 cal/mol 
con 17.22% (cada uno determinado por el método analítico y grafico 
respectivamente), los errores obtenidos fueron en base a un calor molar 
de vaporización teórico obtenido es igual a 9943.35 cal/mol. 
 Luego de graficar Ln P vs 1/T se obtiene un pendiente de -4221.89 y una 
constante de 17.94, reemplazando estos datos en la ecuación de 
clausius-clapeyron se obtiene la siguiente relación matemática: 
Ln P = -4221.89 (1/T) +17.94
14 
RECOMENDACIONES 
 Se recomienda tomar en cuenta que antes de iniciar el calentamiento del 
agua, el matraz debe estar conectado con el medio ambiente, para esto 
se gira la llave triple. 
 Se debe mantener el nivel de mercurio igual en ambas ramas del 
manómetro., esto se logra girando 2 o 3 veces la llave triple. 
 Cuando se llegue a los 80°C se debe girar la llave triple, de tal forma que 
quede conectado al medio ambiente, para que así no se transfiera 
mercurio del manómetro al matraz debido a que contaminaría el sistema 
(balón, la manguera de unión) Y que el mercurio al mezclarse con el 
agua provocaría que menor cantidad de moléculas de agua se evaporen 
y esto conllevaría a que la presión de vapor disminuya.
15 
BIBLIOGRAFIA 
 Alexander Findlay, “Practicas de Fisicoquímica”, 1ra ed., Edit. Médico 
Quirúrgico, Buenos Aires, 1955. pág. 99-112. 
 Alberty R. Daniels F.,”Fisicoquímica”, versión SI, 1ra ed, Cia Ed. 
Continental, Mexico, 1984. pág. 55-59. 
 H. Perry y D.W. Green, ´´Perry’s Chemical Engineers Handbook´´, 6° ed. 
Edit. McGraw-Hill, Nueva York. pág. 3-77.
16 
CUESTIONARIO 
1- Indique otros métodos para la determinación de la presión de vapor. 
Se dispone de varios métodos experimentales para medir la presión del 
vapor en función de la temperatura. 
 MÉTODO DE SATURACIÓN GASEOSA: se hace burbujear 
lentamente un volumen conocido de un gas inerte a través de un 
líquido, el cual se mantiene a temperatura constante en un 
termostato. La presión del vapor se calcula mediante una 
determinación de la cantidad de vapor contenida en el gas 
saliente o por la pérdida de peso del líquido. 
 MÉTODO DINÁMICO: Se mide la variación del punto de 
ebullición con la presión externa aplicada. La presión total sobre 
el líquido puede variarse y mantenerse a un valor dado mediante 
el uso de un balón de compensación de gran capacidad; entonces 
se mide esa presión con un manómetro de mercurio. El líquido 
objeto del estudio se calienta hasta que hierve; se mide la 
temperatura del vapor de reflujo con el fin de evitar los efectos de 
sobrecalentamiento. 
 METODO DEL ISOTENISCOPIO DE SMITH Y MENZIES: 
Un isoteniscopio es un aparato empleado para la medición de 
la presión de vapor de sustancias en fase líquida. El instrumento 
consta de un manómetro y de un recipiente en el cual se 
introduce la sustancia cuya presión de vapor se va a medir. La 
apertura del manómetro se conecta a un sensor de presión. Es 
necesario utilizar una célula de vacío para ajustar la presión del 
sistema y purificar la muestra. 
El isoteniscopio es particularmente útil para el intervalo de 
temperaturas entre 20 y 150 °C, y para presiones de vapor entre 
1 y 100 kPa.
17 
2- Explique la relación entre el punto de ebullición de un líquido y su 
presión de vapor. 
La relación entre el punto de ebullición de un líquido y su presión de 
vapor, se puede explicar de la siguiente manera: Si se coloca un líquido 
en un recipiente y se calienta lentamente, el líquido hervirá cuando 
alcance la temperatura a la que su presión de vapor sea igual a la 
presión externa. Además se sabe que la presión de vapor depende de 
la temperatura, dependiendo en forma directamente proporcional. 
Por ejemplo, si se tuviese una presión externa igual a P, entonces un 
líquido “A” tendría una presión de vapor igual a la externa a una 
temperatura igual a T1; ahora, si la presión externa disminuiría entonces 
se necesitaría llegar a una temperatura menor para que la presión de 
vapor del líquido sea igual a la externa. De manera inversa si se 
aumentara la presión externa (aumentaría el punto de ebullición). 
3- Defina lo siguiente: vapor saturado, punto de ebullición, punto de 
ebullición normal. 
 Vapor saturado: 
Es el vapor que se encuentra en equilibrio dinámico (estado en el 
cual la velocidad de evaporación es igual a la velocidad de 
condensación) con la fase liquida de la sustancia, estando 
presente tanto el vapor como el líquido (dos fases). 
 Punto de ebullición: 
Temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la 
presión atmosférica externa. 
 Punto de ebullición normal: 
El punto de ebullición normal de un líquido, es la temperatura a 
la cual la presión de vapor es igual a 760 mmHg o 1atm. 
.

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  • 1. 1 RESUMEN Los objetivos de esta práctica fueron determinar la entalpia de vaporización y la presión de vapor de líquidos (agua destilada) por el método estático a temperaturas entre 80-99°C. La experiencia se realizó bajo las condiciones de laboratorio de: P=756mmHg, T=20°C y Hrel=96%. Para determinar la presión de vapor del agua se utilizó el método estático el cual consiste en calentar un balón con agua conectado a un manómetro con mercurio y para que luego conforme el sistema se va enfriando, el vapor empiece a condensarse y se cree un ligero vacío dentro de este, por lo cual la columna conectada al balón sube debido a que la presión de vapor del agua es menor que la presión atmosférica mientras que la rama del manómetro abierta al ambiente baja. Al realizar los cálculos las presiones de vapor obtenidas experimentalmente fueron 731.08 cal/mol a 99°C y así sucesivamente hasta llegar a 403.16 cal/mol a 80°C mientras que las presiones de vapor teóricas son de 733.24 cal/mol a 99°C, 355.1 cal/mol a 80°C. Los porcentajes de error fueron 0.29% y - 13.53 % respectivamente. Luego de calcular las presiones de vapor hacemos uso de la ecuación de Clausius-Clapeyron para obtener la entalpia de vaporización del agua por el método analítico y gráfico. La entalpia de vaporización obtenida de forma analítica fue de 8388.89 cal/mol mientras que la entalpia de vaporización teórica fue de 9943.35cal/mol. Al calcular el porcentaje de error fue de 15.63% por defecto. Los resultados obtenidos de forma gráfica de la entalpia de vaporización teórica del agua fue 8230.75 cal/mol y la entalpia de vaporización experimental fue de 9943.35 cal/mol. Al calcular el porcentaje de error resulto 17.22% por defecto. Se concluyó que luego de graficar Ln P vs 1/T se obtiene un pendiente de - 4221.89 y una constante de 17.94, reemplazando estos datos en la ecuación de clausius-clapeyron se obtiene la siguiente relación matemática: Ln P = -4221.89 (1/T) +17.94. Se recomienda que cuando se llegue a los 80°C se debe girar la llave triple, de tal forma que quede conectado al medio ambiente, para que así no se transfiera mercurio del manómetro al matraz debido a que contaminaría el sistema (balón, la manguera de unión) y que el mercurio al mezclarse con el agua provocaría que una menor cantidad de moléculas de agua se evaporen y esto conllevaría a que la presión de vapor del agua disminuya.
  • 2. 2 INTRODUCCION Si se coloca cierta cantidad de un líquido puro en un recipiente vacío que tiene un volumen mayor que el del líquido, una porción del líquido se evaporara hasta llenar de vapor el volumen restante. Suponiendo que queda cierta liquido una vez establecido el equilibrio, la presión del vapor en el recipiente es solo una función de la temperatura del sistema. La presión desarrollada es la presión de vapor del líquido, que es una propiedad característica de los líquidos y aumenta rápidamente con la temperatura. El vapor es usado en un gran rango de industrias. Las aplicaciones más comunes para el vapor son, por ejemplo, procesos calentados por vapor en fábricas y plantas, y turbinas impulsadas por vapor en plantas eléctricas, pero el uso del vapor en la industria se extiende más allá de las antes mencionadas. Algunas de las aplicaciones típicas del vapor para las industrias son: esterilización, calentamiento, impulso, movimiento, motriz, limpieza, hidratación y humidificación.
  • 3. 3 PRINCIPIOS TEORICOS PRESION DE VAPOR La presión de vapor se define como la presión en la cual la fase líquida y el vapor se encuentra en equilibrio dinámico; su valor está en función de la temperatura y es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado. Esta propiedad posee una relación inversamente proporcional con las fuerzas de atracción intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el módulo de las mismas, mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestación) para vencerlas y producir el cambio de estado.. VARIACION DE LA PRESION DE VAPOR CON LA TEMPERATURA La presión de vapor varía en función de la temperatura, a medida que aumenta la temperatura, la presión de vapor muestra una rapidez de cambio cada vez mayor. PRESION DE VAPOR PARA ALGUNOS LIQUIDOS (mmHg) Temperatura (°C) AGUA ACETONA BENCENO ACIDO ACETICO 0 4.58 67.3 26.5 … 10 9.21 115.6 45.4 … 20 17.53 184.8 74.7 11.7 30 31.82 282.7 118.2 20.6 40 55.32 421.5 181.1 34.8 50 92.51 612.6 269.0 56.6 60 149.4 860.6 388.6 88.9 70 233.7 … 547.4 136 80 355.1 … 753.6 202.3 90 525.8 … 1016.1 293.7 100 760 … …. 417.1 En una situación como la relación temperatura-presión de vapor, siempre se intenta obtener una relación matemática para los dos variables. Esto se puede hacer representando gráficamente varias funciones de las dos variables para tratar de obtener una relación simple entre ellas. Para los datos de la presión de vapor se encuentra que si se representa gráficamente el logaritmo de la presión (Ln P) en función de la inversa de la temperatura absoluta (1/T), se obtiene una línea recta con pendiente negativa. Esta recta se puede representar mediante una ecuación de la forma: (1-1) Ln P = -푚 1 푇 + cte
  • 4. 4 Donde P es la presión de vapor, T es la temperatura absoluta, m es la pendiente de la recta y la cte es la intersección con el eje de Ln P. En la Ec. 1-1 las variables deben ser Ln P Y 1/T en lugar de P y T para que la ecuación sea la de una línea recta. El problema se puede enfocar también desde un punto de vista teórico; sin embargo, si se siguen procedimientos termodinámicos adecuados utilizando el cálculo, se obtiene la ecuación siguiente: 푑푝 푑푇 = Δ퐻푣 푝 푅푇2 En esta ecuación dp representa el cambio muy pequeño en la presión de vapor con un cambio muy pequeño de temperatura a la temperatura T, a la que la presión de vapor es p. El calor de evaporación de 1 mol de líquido es Δ퐻푣 . Ahora bien, si se integra la ecuación, suponiendo que Δ퐻푣 sea independiente de la temperatura, se obtiene la expresión siguiente: (1.2) Ln p = - Δ퐻푣 2.303푅푇 + I Si comparamos las ecuaciones 1-1 y 1-2 veremos que la pendiente A de la Ec. 1-1 es igual a Δ퐻푣/2.303푅. Por lo tanto, tenemos en estas ecuaciones un medio de calcular el calor molar de evaporaciones del líquido. Para llevar a cabo este cálculo es conveniente convertir la Ec. 1-2 en una ecuación de dos puntos eliminando así la constante I. La ecuación así obtenida es: Log 푝2 푝1 = Δ퐻푣 2.303푅 ( 1 푇1 − 1 푇2 ) Sería mucho más exacto usar varios puntos y obtener el valor de Δ퐻푣 utilizando el método de los promedios o algún procedimiento matemático similar. El método usado en este ejemplo, suele dar excelentes resultados si los puntos se escogen bien. Debe agregarse que Δ퐻푣 no es completamente independiente de la temperatura y el valor determinado en este tipo de cálculo es más un valor promedio para el margen de temperaturas que se cubren.
  • 5. 5 CALOR DE VAPORIZACIÓN La entalpía de vaporización o calor de vaporización es la cantidad de energía necesaria para que la unidad de masa (kilogramo, mol, etc.) de una sustancia que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a una presión de una atmósfera pase completamente del estado líquido al estado gaseoso. Se representa por ΔHv, por ser una entalpía. El valor disminuye a temperaturas crecientes, lentamente cuando se está lejos del punto crítico, más rápidamente al acercarse, y por encima de la temperatura crítica las fases de líquido y vapor ya no coexisten. Generalmente se determina en el punto de ebullición de la sustancia y se corrige para tabular el valor en condiciones normales. El calor molar de vaporización es el calor necesario para que un mol de una sustancia cambie de estado líquido a estado gas. Δ푈 = Δ퐻 − Δ(푃푉) MÉTODO ESTATICO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA PRESION DE VAPOR DE LOS LIQUIDOS En los Métodos estáticos se mide directa o indirectamente la presión ejercida cuando se introduce liquido en exceso en un recipiente evacuado. Para temperaturas inferiores a la del ambiente, la presión se puede medir directamente y para temperaturas superiores a la temperatura ambiente la presión se puede medir indirectamente. El método estático indirecto se utiliza para determinar la presión de vapor a temperaturas superiores ala del ambiente. Este método consiste en introducir el líquido en un balón, la presión dentro del recipiente debe ser igual a la presión atmosférica al calentar parte del líquido se evapora (absorbiendo calor latente) hasta que se establezca una cierta presión de saturación. A la temperatura de 99°C. el balón debe ser conectado al manómetro, en el cual se producen desniveles de mercurio en ambas ramas. Conforme el sistema se va enfriando, el vapor empieza a condensarse y se crea un ligero vacío dentro de él, por lo tanto la columna conectada al balón sube en tanto que la abierta al ambiente baja. Terminando el experimento cierre la llave conectada al balón y ábrala al ambiente, de esta forma evitara que el mercurio pueda pasar al balón.
  • 6. 6 TABLA DE DATOS TABLA 1: CONDICIONES EXPERIMENTALES Temperatura (°c) Presión (mmHg) %humedad rel. 20 756 96 TABLA 2: VARIACIÓN DE LAS ALTURAS PARA DETERMINAR LA PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA DESTILADA POR EL MÉTODO ESTÁTICO. Temperatura (°C) h1 (mm) h2 (mm) 99 10 15 98 19 25 97 34 38 96 43 47 95 55 57 94 65 68 93 75 78 92 83 85 91 93 95 90 100 105 89 110 115 88 120 122 87 125 130 86 133 135 85 140 145 84 148 153 83 156 160 82 163 168 81 170 175 80 173 181 TABLA 3: DATOS TEORICOS PARA DETERMINAR LA Pvapor DEL AGUA DESTILADA POR EL METODO ESTATICO (*) DENSIDAD DEL MERCURIO A UNA TEMPERATURA DE 20°C 13545.87 Kg/m3 CONSTANTE DE LO GASES (R) 1.987 cal/mol.K (*) H. Perry y D.W. Green, ´´Perry’s Chemical Engineers Handbook´´, 6° ed. Edit. McGraw-Hill, Nueva York. Pag 3-77
  • 7. 7 TABLA 4: DATOS TEORICOS DE LA PRESION DE VAPOR DEL AGUA Temperatura (°C) Pvapor (mmHg) 80 355.1 81 369.7 82 384.9 83 400.6 84 416.8 85 433.6 86 450.9 87 468.7 88 487.1 89 506.1 90 525.76 91 546.05 92 566.99 93 588.60 94 610.90 95 633.90 96 657.62 97 682.07 98 707.27 99 733.24 TABLA 5: PORCENTAJE DE ERROR EN LA DETERMINACIÓN DE LA PRESION DEL VAPOR DEL AGUA POR EL METODO ESTATICO Temperatura (°C) Pvapor (mmHg) %Error 99 731.08 0.29 98 712.14 -0.69 97 684.24 -0.32 96 666.30 -1.32 95 644.37 -1.65 94 623.44 -2.05 93 603.50 -2.53 92 588.55 -3.80 91 568.62 -4.13 90 551.67 -4.93 89 531.74 -5.07 88 514.79 -5.68 87 501.84 -7.07 86 488.88 -8.42 85 471.93 -8.84 84 455.99 -9.40 83 441.04 -10.09 82 426.09 -10.70 81 412.13 -11.48 80 403.16 -13.53
  • 8. 8 TABLA 6: DETERMINACION DE LA ENTALPIA DE VAPORIZACION EXPERIMENTAL POR EL METODO ANALITICO T (°C) Δ Hv (cal/mol) Δ Hv promedio (cal/mol) CTE CTE promedio 99-80 8180.44 8388.89 17.66 17.94 98-81 8402.76 17.96 97-82 8248.24 17.74 96-83 8291.33 17.81 95-84 8213.12 17.70 94-85 8082.90 17.51 93-86 7862.36 17.21 92-87 8329.48 17.86 91-88 8662.91 18.32 90-89 9615.37 19.64 TABLA 7: DETERMINACION DE LA ENTALPIA DE VAPORIZACION EXPERIMENTAL POR EL METODO GRAFICO T (K) 1/T Ln Pv Δ Hv graf ica (cal/mol) CTE 372.15 0.002687 6.594523 8230.75 17.72 371.15 0.002694 6.568275 370.15 0.002702 6.528309 369.15 0.002709 6.501740 368.15 0.002716 6.468273 367.15 0.002724 6.435253 366.15 0.002731 6.402746 365.15 0.002739 6.377662 364.15 0.002746 6.343212 363.15 0.002754 6.312950 362.15 0.002761 6.276155 361.15 0.002769 6.243759 360.15 0.002777 6.218281 359.15 0.002784 6.192117 358.15 0.002792 6.156831 357.15 0.0028 6.122471 356.15 0.002808 6.089136 355.15 0.002816 6.054651 354.15 0.002824 6.021339 353.15 0.002832 5.999334
  • 9. 9 TABLA 8: DETERMINACION DE LA ENTALPIA DE VAPORIZACION TEORICA POR EL METODO GRAFICO T (K) 1/T Ln Pv Δ Hv graf ica (cal/mol) CTE 372.15 0.002687 6.597473 9943.35 20.05 371.15 0.002694 6.561412 370.15 0.002702 6.525132 369.15 0.002709 6.488627 368.15 0.002716 6.451891 367.15 0.002724 6.414933 366.15 0.002731 6.377747 365.15 0.002739 6.340342 364.15 0.002746 6.302711 363.15 0.002754 6.264845 362.15 0.002761 6.226734 361.15 0.002769 6.188469 360.15 0.002777 6.149963 359.15 0.002784 6.111246 358.15 0.002792 6.072122 357.15 0.0028 6.032606 356.15 0.002808 5.992963 355.15 0.002816 5.952984 354.15 0.002824 5.912692 353.15 0.002832 5.872399 TABLA 9: PORCENTAJE DE ERROR EN LA DETERMINACION DE LA ENTALPIA DE VAPORIZACION DEL AGUA POR EL METODO ESTATICO TEORICO EXPERIMENTAL %ERROR Δ푯푽 cal/mol (analítico) 9943.35 8388.89 15.63 Δ푯푽 cal/mol grafica 8230.75 17.22
  • 10. 10 CALCULOS 1-) Calculando la presión de vapor: Pv + Ph = P1 = P2 = Patm Pv = Patm – Ph PV = P (mmHg) - 휌gh PV = P (mmHg) – 휌gh (Pa) x (760mmHg/1.01325x105Pa) Calculando para T=99°C: Pv = 756 mmHg –(9.81m/s2x13545.87Kg/m3x25m)x(760mmHg/1.01325x105Pa) Pv = 731.08 mmHg Se realiza el mismo cálculo para las demás temperaturas. Luego con los datos de presión y temperatura se construye una gráfica de Ln (Pv) vs 1/T. Para: T=99°C T K= T°C + 273.15  T= 372.15 K  1/T=0.002687 P=731.08 mmHg  Ln (Pv) = 6.594523 Se realiza el mismo cálculo para todas las temperaturas y presiones. *La grafica se encuentra en el apéndice. 2-) Calculando el calor molar de vaporización Con los datos de presión y temperatura se calcula el Δ퐻푉 Partiendo de la ecuación de clausius-clapeyron: Ln P = - Δ퐻푉 푅푇 + C Se toma dos puntos, por ejemplo: T1 = 372.15 k, P1 = 731.08 mmHg T2 = 353.15 k, P2 =403.16 mmHg *Para T1 Y P1 Δ퐻푉 1.987 Ln (731.08)= - 푥(1/372.15) + C 6.597473= -Δ퐻푉 x 1.352x10−3 + C……… (1) *Para T2 y P2 R= 1.987 cal/mol
  • 11. 11 Ln (403.16) = − Δ퐻푉 1.987 x (1/353.15) + C 5.872399 = −Δ퐻푉 x 1.425x10−3 + C......... (2) Trabajando con la ecuación 1 y 2 se obtienen los valores de Δ푯푽 y C. Δ푯푽 = ퟖퟑퟖퟖ. ퟖퟗ풄풂풍/풎풐풍 C = 17.94 Análogamente se toma los 9 pares de puntos restantes, los puntos deben ser tomados de extremo a extremo para que tengan una misma tendencia todos los pares de puntos (tendencia lineal). 3-) Realizando un regresión matemática con todos los puntos, se obtiene un Δ푯푽 , y la expresión matemática, la cual relaciona la presión y la temperatura. m = -4142.3 c = 17.72 m = - Δ퐻푉 푅 R= 1.987 cal/mol.K Calor molar de vaporización experimental, obtenido de la grafica Calor molar de vaporización promedio experimental Obtenido de forma analítica Δ퐻푉1 = 8230.75 cal/mol cal/mol Δ퐻푉2 = 8388.89 cal/mol
  • 12. 12 ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS Para determinar la entalpia de vaporización del agua se halló la presión de vapor del agua por el método estático a temperaturas de 80-90°C. La entalpia de vaporización obtenida de forma analítica fue de 8388.89 cal/mol mientras que la entalpia de vaporización teórica fue de 9943.35cal/mol. Al calcular el porcentaje de error fue de 15.63% por defecto. Los resultados obtenidos de forma gráfica de la entalpia de vaporización teórica del agua fue 8230.75 cal/mol y la entalpia de vaporización experimental fue de 9943.35 cal/mol. Al calcular el porcentaje de error resulto 17.22% por defecto. Este margen de error puede ser debido a una mala lectura del nivel de las ramas del manómetro y esto conllevaría a la obtención de una presión de vapor errónea.
  • 13. 13 CONCLUSIONES  Las presiones de vapor obtenidas experimentalmente fueron: desde 731.08 cal/mol a 99°C y finalmente 403.16 cal/mol a 80°C mientras que las presiones de vapor teóricas son de 733.24 cal/mol a 99°C, 355.1 cal/mol a 80°C. los porcentajes de error fueron 0.29% y -13.53 % respectivamente.  El calor molar de vaporización del líquido fue cal/mol, con un porcentaje de error equivalente 8388.89 cal/mol con 15.63% y 8230.75 cal/mol con 17.22% (cada uno determinado por el método analítico y grafico respectivamente), los errores obtenidos fueron en base a un calor molar de vaporización teórico obtenido es igual a 9943.35 cal/mol.  Luego de graficar Ln P vs 1/T se obtiene un pendiente de -4221.89 y una constante de 17.94, reemplazando estos datos en la ecuación de clausius-clapeyron se obtiene la siguiente relación matemática: Ln P = -4221.89 (1/T) +17.94
  • 14. 14 RECOMENDACIONES  Se recomienda tomar en cuenta que antes de iniciar el calentamiento del agua, el matraz debe estar conectado con el medio ambiente, para esto se gira la llave triple.  Se debe mantener el nivel de mercurio igual en ambas ramas del manómetro., esto se logra girando 2 o 3 veces la llave triple.  Cuando se llegue a los 80°C se debe girar la llave triple, de tal forma que quede conectado al medio ambiente, para que así no se transfiera mercurio del manómetro al matraz debido a que contaminaría el sistema (balón, la manguera de unión) Y que el mercurio al mezclarse con el agua provocaría que menor cantidad de moléculas de agua se evaporen y esto conllevaría a que la presión de vapor disminuya.
  • 15. 15 BIBLIOGRAFIA  Alexander Findlay, “Practicas de Fisicoquímica”, 1ra ed., Edit. Médico Quirúrgico, Buenos Aires, 1955. pág. 99-112.  Alberty R. Daniels F.,”Fisicoquímica”, versión SI, 1ra ed, Cia Ed. Continental, Mexico, 1984. pág. 55-59.  H. Perry y D.W. Green, ´´Perry’s Chemical Engineers Handbook´´, 6° ed. Edit. McGraw-Hill, Nueva York. pág. 3-77.
  • 16. 16 CUESTIONARIO 1- Indique otros métodos para la determinación de la presión de vapor. Se dispone de varios métodos experimentales para medir la presión del vapor en función de la temperatura.  MÉTODO DE SATURACIÓN GASEOSA: se hace burbujear lentamente un volumen conocido de un gas inerte a través de un líquido, el cual se mantiene a temperatura constante en un termostato. La presión del vapor se calcula mediante una determinación de la cantidad de vapor contenida en el gas saliente o por la pérdida de peso del líquido.  MÉTODO DINÁMICO: Se mide la variación del punto de ebullición con la presión externa aplicada. La presión total sobre el líquido puede variarse y mantenerse a un valor dado mediante el uso de un balón de compensación de gran capacidad; entonces se mide esa presión con un manómetro de mercurio. El líquido objeto del estudio se calienta hasta que hierve; se mide la temperatura del vapor de reflujo con el fin de evitar los efectos de sobrecalentamiento.  METODO DEL ISOTENISCOPIO DE SMITH Y MENZIES: Un isoteniscopio es un aparato empleado para la medición de la presión de vapor de sustancias en fase líquida. El instrumento consta de un manómetro y de un recipiente en el cual se introduce la sustancia cuya presión de vapor se va a medir. La apertura del manómetro se conecta a un sensor de presión. Es necesario utilizar una célula de vacío para ajustar la presión del sistema y purificar la muestra. El isoteniscopio es particularmente útil para el intervalo de temperaturas entre 20 y 150 °C, y para presiones de vapor entre 1 y 100 kPa.
  • 17. 17 2- Explique la relación entre el punto de ebullición de un líquido y su presión de vapor. La relación entre el punto de ebullición de un líquido y su presión de vapor, se puede explicar de la siguiente manera: Si se coloca un líquido en un recipiente y se calienta lentamente, el líquido hervirá cuando alcance la temperatura a la que su presión de vapor sea igual a la presión externa. Además se sabe que la presión de vapor depende de la temperatura, dependiendo en forma directamente proporcional. Por ejemplo, si se tuviese una presión externa igual a P, entonces un líquido “A” tendría una presión de vapor igual a la externa a una temperatura igual a T1; ahora, si la presión externa disminuiría entonces se necesitaría llegar a una temperatura menor para que la presión de vapor del líquido sea igual a la externa. De manera inversa si se aumentara la presión externa (aumentaría el punto de ebullición). 3- Defina lo siguiente: vapor saturado, punto de ebullición, punto de ebullición normal.  Vapor saturado: Es el vapor que se encuentra en equilibrio dinámico (estado en el cual la velocidad de evaporación es igual a la velocidad de condensación) con la fase liquida de la sustancia, estando presente tanto el vapor como el líquido (dos fases).  Punto de ebullición: Temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión atmosférica externa.  Punto de ebullición normal: El punto de ebullición normal de un líquido, es la temperatura a la cual la presión de vapor es igual a 760 mmHg o 1atm. .