Presin de vapor
UNMSM FACULTAD QUIMICA E ING. QUIMICAPresin de vapor
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICAE.A.P. DE QUIMICA E INGENIERIA
QUIMICAE.A.P. DE QUIMICA
LABORATORIO N 4 PRESION DE VAPOR
Grupo: DTurno: 13.00 17:00 hrs. Fecha:REALIZACION: LUNES, 21 de
ABRIL de 2015
ENTREGA: LUNES, 27 de ABRIL de 2015
PracticaN 3 : Presin de Vapor
IntegrantesAllcca Chullca Miguel
Profesor Quim. Claudia Berzoy
Ciudad Universitaria2015
TABLA DE CONTENIDO1. RESUMEN2
2. INTRODUCCION3
3. PRINCIPIOS TEORICOS4
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL9
5. TABULACION DE DATOS10
6. EJEMPLOS DE CALCULOS16
7. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS20
8. CONCLUSIONES20
9. RECOMENDACIONES21
10. BIBLIOGRAFIA21
11. APENDICE22
1. Resumen
Un cuerpo necesita absorber o desprender una cantidad de energa
determinada para pasar de un estado fsico a otro. Al calor
necesario para pasar del estado lquido al gaseoso se le denomina
calor latente de vaporizacin.
Ahora si tenemos en cuenta la termodinmica clsica, parece lgico
pensar que cuanto menor sea la presin a la que se le est sometiendo
al lquido, ms fcil le ser a ste cambiar a estado gaseoso. Esto
puede sustentarse en que los cuerpos aborrecen el vaco y de manera
natural tienden a repartirse en l. As pues, el objetivo principal
de nuestra prctica sern el estudio de la variacin de la presin con
la temperatura en el equilibrio de agua hirviendo y vapor; las
condiciones ambientales en dicha prctica fueron las siguientes:
presin atmosfrica de 756mmHg, temperatura de 23C y un porcentaje de
humedad de 92%. Adems, determinaremos el calor de vaporizacin del
agua a partir de la medida de su presin de vapor a distintas
temperaturas, concretamente entre 80 y 100 C, y se compararn los
resultados obtenidos con los valores tericos.Utilizamos la ecuacin
de Clausius Clapeyron para expresar matemticamente la variacin de
la presin del vapor con la temperatura, y as mismo se graficaron
nuestros datos y obtuvimos un porcentaje de error de 4% con
respecto al calor molar de vaporizacin en la primera experiencia y
de 5% en la segunda.
2. Introduccin
El experimento realizado tiene como objetivo determinar la
presin de vapor de los lquidos mediante el mtodo esttico, a
temperaturas mayores que la ambiental y con ellas calcular el calor
molar de vaporizacin.Esta informacin es muy importante para la
industria ya que encuentra su aplicacin en diversos procesos uno de
los cuales es la caldera; que desde pequeas instalaciones locales
para la produccin de vapor para coccin de alimentos, planchado en
serie de ropa, tratamientos spticos de instrumentales y labores
similares, con vapor de relativa baja temperatura y presin, hasta
enormes instalaciones industriales, utilizadas para la alimentacin
de turbinas de generacin de electricidad, y otros procesos
industriales donde se requiere vapor en grandes cantidades, a
altsimas temperaturas y presiones. Un ejemplo muy comn de una
caldera es la olla a presin.En esencia una caldera es un recipiente
cerrado, lleno parcialmente de agua a la que se le aplica calor
procedente de alguna fuente, para hacerla hervir y producir
vapores. Como estos vapores estn confinados a un espacio cerrado,
se incrementar la presin interior y con ello la temperatura de
ebullicin del agua, pudindose alcanzar finalmente muy elevados
valores de presin y temperatura. Estos vapores se concentran en la
parte superior del recipiente inicialmente vaco, conocido como
domo, de donde se extrae va conductos para ser utilizado en el
proceso en cuestin.
3. Marco Terico
Presin de Vapor:Las molculas en los lquidos no se encuentran en
las posiciones rgidas de una red. Aun cuando carecen de la libertad
total de las molculas gaseosas, ellas estn en constante movimiento.
Debido a que los lquidos son ms densos que los gases, el promedio
de colisiones entre las molculas es mucho mayor en la fase liquida
que en la fase gaseosa. A cualquier temperatura dada, cierto nmero
de molculas en un lquido tiene la suficiente energa cintica para
escapar desde la superficie. A este proceso se llama evaporacin o
vaporizacin.Cuando un lquido se evapora en un espacio de
dimensiones limitadas, pronto las molculas del vapor se encuentran
en todos los sitios del espacio libre. Pero, desde que la
vaporizacin prosigue, aumentar el nmero de molculas en estado
gaseoso, lo cual originar un aumento creciente en el vapor o sea
mejor dicho en la presin ejercida por el vapor.A cada temperatura
se alcanzar evidentemente una condicin de equilibrio cuando el
nmero de molculas que abandonan el lquido para pasar al espacio
sobre l es igual al nmero de las que vuelven en un tiempo dado. El
espacio sobre el lquido estar saturado con el vapor y la presin
ejercida ser la presin de vapor ser la presin del lquido a la
temperatura dada.Se puede decir que esta presin debe ser
independiente de la cantidad de lquido o del espacio ocupado por el
vapor el nmero de molculas que abandonan el lquido a una
temperatura dada ser proporcional al rea de la superficie
proporcional a esta rea y a la presin de vapor, por lo tanto el
equilibrio entre lquido y su vapor depende nicamente de la
temperatura.Sabemos que en los lquidos y en los gases existen
molculas energetizadas tan fuertemente que se mueven a velocidades
bastante altas, cuando una de estas molculas llega a la superficie
de un lquido (con la tendencia a alejarse del cuerpo principal del
lquido), la molcula posee energa suficiente para deshacerse de las
fuerzas que quieren retenerla en la superficie del lquido y como
consecuencia se aleja de la superficie.Este fenmeno de
desprendimiento de las molculas fuertemente energizadas tiene lugar
en toda la superficie liquida. De aqu resulta que la materia de un
lquido continuamente tiende a asumir el estado de gas o vapor, a
esto llamamos evaporacin.Un lquido al evaporarse origina muchas
molculas en estado gaseoso, esto produce un incremento en la
presin, ejercida por el vapor. De aqu de deducimos que al aumentar
la temperatura (el lquido empezara a evaporarse) la presin tambin
es mayor, por lo tanto son directamente proporcionales.Pero a qu se
debe exactamente la presin de vapor, se da por el choque continuo
entre molculas contra la superficie de las paredes que limitan al
vapor es as que cuando impactan contra la superficie del lquido
estarn bajo la influencia de las fuerzas atractivas de numerosas
molculas liquidas que la detendrn y la integraran nuevamente al
lquido, este fenmeno se conoce como condensacin.
Punto de Ebullicin:Se define punto de ebullicin de un lquido
como la temperatura a la cual la presin del vapor es igual a la
presin externa. Cuando se aplica calor a un lquido, su presin de
vapor aumenta hasta hacerse igual a la presin atmosfrica. El punto
de ebullicin vara con la presin externa que existe por encima de la
superficie del lquido. Al descender la presin, el punto de
ebullicin disminuye; un aumento en la presin aumenta el punto de
ebullicin.
Variacin de la Presin de Vapor con la Temperatura:La presin de
vapor de un lquido puro es la presin a la cual el lquido est en
equilibrio con su vapor. Este equilibrio es dinmico; as, el nmero
de molculas de lquido que se evaporan es igual al nmero de molculas
de vapor que se condensan.La presin de vapor aumenta cuando aumenta
la temperatura hasta llegar a la temperatura crtica (Tcrit),
temperatura a partir de la cual no existe lquido y slo existe la
fase vapor. El punto de ebullicin normal de un lquido (Teb) es la
temperatura a la cual el lquido tiene una presin de vapor igual a
la presin atmosfrica.La ecuacin de Clapeyron relaciona la presin de
vapor con la temperatura: (1)en donde representa el volumen molar
del vapor y el volumen molar del lquido. Asimismo, y representan
las entropas molares del vapor y el lquido, respectivamente. Debido
a que el proceso de vaporizacin es reversible, podemos escribir
para el cambio de entropa . (2)Donde es el calor molar de
vaporizacin; por lo tanto: (3)Esta ecuacin (ecuacin de Clapleyron),
es completamente general. En el caso particular de una transicin
lquido-vapor en la que >> y, suponiendo que el vapor se
comporta aproximadamente como un gas ideal:
Por lo que la ecuacin de Clapleyron, en este caso, se convierte
en: (4)que es la ecuacin de Clausius-Clapeyron, que nos da la
variacin de la presin de vapor con la temperatura.Reordenando se
obtiene: (5)Y haciendo la aproximacin de que Hv es independiente de
la temperatura, la ecuacin anterior se puede integrar, resultando:
(6)donde P es la presin de vapor del lquido problema. Al
representar grficamente frente a 1/T se debe obtener una lnea recta
cuya pendiente es igual a:
Con lo que a partir de medidas de presin de vapor de un lquido a
diferentes temperaturas se puede determinar su entalpa de
vaporizacin.
Calor Latente de Vaporizacion:Para pasar de la fase lquida a la
fase de vapor se necesita una absorcin de energa por parte de las
molculas lquidas, ya que la energa total de stas es menor que la de
las molculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensacin, se
produce un desprendimiento energtico en forma de calor. El calor
absorbido por un lquido para pasar a vapor sin variar su
temperatura se denomina calor de vaporizacin. Se suele denominar
calor latente de vaporizacin cuando nos referimos a un mol. El
calor molar de vaporizacin se podra referir a un proceso
termodinmico a volumen constante o a presin constante, y los
designaremos por (Hv)v y (Hv)p. En el primer proceso, el
intercambio calrico que entra en juego se invierte en vencer la
fuerza de atraccin del lquido y se suele denominar calor latente
interno de vaporizacin molar. En el proceso a presin constante, que
se realiza en la prctica frente a una presin exterior,
prcticamente, invariable hay que agregar a la energa interna la
necesaria para verificar el cambio de volumen, y viene dado por
P(VV-VL) siendo P la presin del vapor y VV y VL, los volmenes
molares del vapor y del lquido, respectivamente. As pues, el calor
molar de vaporizacin a presin constante vendr dado por: (1)Como
>> podemos considerar VL = 0 y (Hv)p = (Hv)v + PVV, pero como
PVV = RT y considerando que se cumple la ley de los gases
perfectos, nos queda: (2)Hasta ahora hemos considerado una nica
presin sobre el lquido, la del vapor, pero si el lquido est
sometido a una presin externa adicional la presin de vapor
variar.
Entalpia:La mayora de los procesos fsicos y qumicos tienen lugar
a presin constante y no a volumen constante. Esto es cierto, por
ejemplo en el proceso de vaporizacin, la energa interna E se puede
usar efectivamente en procesos a volumen constante, encontraremos
muy conveniente en los cambios a presin constante emplear otra
funcin termodinmica. Al igual que la energa interna no podemos
establecer el valor absoluto de la entalpa para un cierto sistema
aunque al igual que con E, es la magnitud delta, la diferencia de
valores D H, la que es importante al igual que la energa interna,
la entalpa de un sistema depende exclusivamente de su estado y no
de su historia anterior.
Equilibrio Liquido-Vapor y Solido-Vapor:En estos dos casos el V
molar del gas es mucho mayor que el del lquido o que el del slido
por lo que puede hacerse la aproximacin:
Si adems se hace la suposicin de que el gas se comporta como gas
ideal, la ecuacin de Clapeyron se transforma en:
Esta ecuacin se suele expresar como:
Llamada ecuacion de Clausius Clapeyron.Si el rango de
temperatura analizado es pequeo, se puede suponer que H es
constante a lo largo de la lnea de equilibrio, y por tanto:
Luego la ecuacion de Clausius integrada es:
4. Procedimiento Experimental
Mtodo Esttico
En primer lugar instalamos el equipo, revisamos y verificamos el
equipo instalado.Luego llenamos el matraz con agua destilada 1/3 de
su volumen total, manteniendo la llave abierta al ambiente y
calentamos el agua hasta el punto de ebullicin (la temperatura no
debe exceder de 100C).A partir de 99Canotamos las temperaturas y
presiones manomtricas hasta llegar a 80C. Tomamos las lecturas con
intervalos de 1C.
5. Tabulacin de datos y resultados experimentales
Tabla #1: Condiciones del laboratorio
PresinTemperaturaHumedad
756 mmHg23 C92 %
Tabla #2: Datos Experimentales
2.1 Primera experiencia.
T CT KT-1PatmPmanPvapor de aguaLn P
100373.150.002679975607566.6280417,398.04
99372.150.0026871756207366.60123012,589.97
98371.150.0026943756537036.5553579,080.31
97370.150.0027016756766806.5220939,342.17
96369.150.0027089756996576.4876848,772.32
95368.150.00271637561206366.4551998,145.77
94367.150.00272377561396176.42486911,952.52
93366.150.00273117561665906.3801239,628.12
92365.150.00273867561875696.3438808,493.20
91364.150.00274617562055516.3117358,234.72
90363.150.00275377562225346.2803968,960.42
89362.150.00276137562405166.24610711,323.33
88361.150.00276897562624946.20253610,136.42
87360.150.00277667562814756.1633158,247.15
86359.150.00278447562964606.13122611,361.29
85358.150.00279217563164406.0867758,218.48
84357.150.00279997563304266.0544397,221.76
83356.150.00280787563424146.02586610,538.15
82355.150.00281577563593975.9839369,625.75
81354.150.00282377563743825.9454219,955.01
80353.150.00283177563893675.90536211,014.94
2.2 Segunda experiencia:
T CT KT-1PatmPmanPvapor de aguaLn P
100373.150.002679975607566.6280417,023.39
99372.150.0026871756197376.60258812,572.49
98371.150.0026943756527046.5567789,468.34
97370.150.0027016756766806.5220937,694.18
96369.150.0027089756956616.4937549,140.63
95368.150.00271637561176396.4599048,106.94
94367.150.00272377561366206.42971910,993.99
93366.150.00273117561615956.38856111,870.00
92365.150.00273867561875696.3438808,973.15
91364.150.00274617562065506.3099186,285.34
90363.150.00275377562195376.2859989,413.49
89362.150.00276137562385186.24997511,278.64
88361.150.00276897562604966.2065769,553.49
87360.150.00277667562784786.1696119,865.30
86359.150.00278447562964606.13122610,202.16
85358.150.00279217563144426.0913108,180.69
84357.150.00279997563284286.0591237,187.53
83356.150.00280787563404166.03068510,486.41
82355.150.00281577563573995.98896110,881.62
81354.150.00282377563743825.9454217,261.11
80353.150.00283177563853715.91620211,590.58
Tabla #3: Datos Tericos
T CT KT-1Pvapor de aguaLn P
100373.150.00267997606.6333189,890.82
99372.150.0026871733.246.5974739,896.87
98371.150.0026943707.276.5614129,903.64
97370.150.0027016682.076.5251329,911.31
96369.150.0027089657.626.4886279,920.14
95368.150.0027163633.96.4518919,925.99
94367.150.0027237610.96.4149339,933.11
93366.150.0027311588.66.3777479,937.10
92365.150.0027386566.996.3403429,942.52
91364.150.0027461546.056.3027119,949.71
90363.150.0027537525.766.2648459,959.05
89362.150.0027613506.16.2267349,944.29
88361.150.0027689487.16.1884699,951.84
87360.150.0027766468.76.1499639,950.90
86359.150.0027844450.96.1112469,987.57
85358.150.0027921433.626.07216910,055.24
84357.150.0027999416.86.03260610,019.56
83356.150.0028078400.65.99296310,048.10
82355.150.0028157384.95.95298410,069.61
81354.150.0028237369.75.91269210,006.08
80353.150.0028317355.115.87242810,018.98
Promedio9962.97
Constante universal (R)1.987 cal/Kmol
Tabla #4: Clculos y resultados
4.1 Determinacin de los promedios
Promedio de
Promedio de
9,535.23
9,429.97
4.2 Grficos (en el apndice) de la primera experiencia 4.2.1
Grafico en Excel
Del grafico en Excel obtenemos la ecuacin:
y = -4767.6x + 19.405
Determinacin de segn el grafico en Excel:
Tenemos:
Donde:m es la pendienteR es la constante universal
Usamos los siguientes datos:
Reemplazando:
9,473.22
4.3 Grficos de la segunda experiencia4.3.1 Grafico en Excel
Del grafico en Excel obtenemos la ecuacin:
y = -4739.4x + 19.331
Determinacin de segn el grafico en Excel:
Tenemos:
Donde:m es la pendienteR es la constante universal
Usamos los siguientes datos:
Reemplazando:
Tabla #5: Errores porcentuales5.1 Primera
ExperienciaExperimentalTericoError Porcentual
Promedio9,535.23
9962.974.29 %
Grafico Excel9,473.229962.974.92 %
Grafico a mano9962.97
5.2 Segunda ExperienciaExperimentalTericoError Porcentual
Promedio9,429.97
9962.975.35 %
Grafico Excel 9962.975.48 %
Grafico a mano9962.97
6. Clculos
1 Con los datos de presin de vapor y temperatura, construya una
grafica de 1/t vs Log P.
Experiencia #1:
Experiencia #2:
2 Calcule el calor molar de vaporizacin de la muestra, empleando
la Ec. de Clausius-Claperyon y los datos de la grafica.
Primera Ecuacin de Clausius-Clapeyron:
Integrando se tiene:
Segunda ecuacin de Clausius-Clapeyron:
Con lo cual tenemos: (1)
Usamos la ecuacin (1) para hallar el de la experiencia 1 con los
datos del grafico:
7,398.04
As sucesivamente con los datos del grafico, luego obtenemos el
:
= 9,535.23
Usamos la ecuacin (1) para hallar el de la experiencia 2 con los
datos del grafico:
7,023.39
As sucesivamente con los datos del grafico, luego obtenemos el
:
= 9,429.97
3 Establezca una expresin matemtica de variacin de la presin de
vapor con la temperatura.Compararemos la Ec. de Clausius-Claperyon
con una ecuacin lineal:
Donde:
Ahora reemplazando datos para la experiencia 1:
Usamos el primer dato de la grafica:
- 0.5126
Sucesivamente calculamos con los dems datos del grafico para
hallar el : - 0.4704Con lo cual obtenemos la expresin
matemtica:
A continuacin hacemos lo mismo para la experiencia 2:
Usamos el primer dato de la grafica:
- 0.51261
Sucesivamente calculamos con los dems datos del grafico para
hallar el : 0.47068Con lo cual obtenemos la expresin matemtica:
7. Anlisis y discusin de resultadosEn este laboratorio se obtuvo
un error del 4% con respecto al calor molar de vaporizacin para la
experiencia 1 y del 5% para la experiencia 2. Esto se debe a los
siguientes factores: Para este laboratorio el error con el que
posiblemente nos hayamos topado sera que al momento de medir las
distancias estas no hayan sido precisas ya que conforme vaya
bajando la temperatura se debe de inmediatamente apuntar la medida
en la que se encuentra. Otro error es que posiblemente no se haya
equilibrado rigurosamente antes de comenzar a dictar las alturas ya
que ambas columnas deben de comenzar en el mismo punto. Es as que
para mejores resultados se debe de tener ms precisin en todas las
mediciones que se haga ya que cada una es importante para cada paso
que a continuacin se haga. De no ser as se podra llegar a un
porcentaje de error muy grande el cual ya no sera aceptable.
8. ConclusionesEl objetivo principal de esta prctica ha
consistido en estudiar la variacin de la temperatura de ebullicin
del agua con la presin a la cual se est sometiendo el lquido.
Inicialmente hemos calentado el agua hasta que se ha puesto a
hervir. Para que se pusiera a hervir hemos necesitado que el
dispositivo alcanzara la temperatura de 100 C. A continuacin hemos
abierto una llave para que entrara cierta cantidad de vapor y
aumentar de este modo la presin manomtrica. Luego de hacer los
clculos se puede comprobar que conforme iba disminuyendo la
temperatura a la cual se somete el lquido, ms aumentaba presin
manomtrica pero disminua la presin del vapor. La temperatura que
debe alcanzar el lquido y la presin del sistema guardan entre s una
relacin que se puede linealizar para comprobar la
proporcionalidad.
9. Recomendaciones Tenemos que tener en cuenta que al momento de
marcar las alturas en el papel milimetrado al variar el manmetro
debemos hacerlo de la manera ms rpida posible ya que la temperatura
sigue bajando. Con respecto al termmetro debemos considerar que no
puede estar calibrado por lo tanto no podemos guiarnos de que el
punto de ebullicin se alcanzara a los 100 C por lo que debemos
examinar el agua y percatarnos exactamente cuando comienza a
evaporarse. Adems al momento de retirar el papel milimetrado y
comenzar a medir las diferencias de alturas debemos hacerlo con una
regla milimetrada ya que el papel podra no estar calibrado. Por
ltimo para disminuir nuestro rango de error debemos repetir la
experiencia varias veces.
10. Bibliografa
Chang, Raymond. Qumica 6ta edicin, pp. 204-213
CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoqumica, segunda edicin. Mxico: Fondo
Educativo Interamericano S.A., 1974. Pg. 785.
DILLARD, Clyde y GOLDBERG, David. Qumica: reacciones,
estructuras, propiedades. Mxico: Fondo Educativo
InteramericanoS.A., 1977. Pg. 414-415.
http://academic.uprm.edu/ccsde/QuimicaFisica/Presion%20de%20vapor%20de%20un%20liquido%20puro.pdf
http://slbn.files.wordpress.com/2008/09/tabla_presion-de-vapor.pdf
http://mural.uv.es/ferhue/2o/labter/Curva_equilibrio_liquido-vapor_FHG.pdf
B. GrficosExperiencia #1:Grafico 4.2.1:
El promedio es la lnea secante a la grafica que contiene los
diferentes valores experimentales del calor de vaporizacin.
Experiencia #2:Grafico 4.3.1:
El promedio es la lnea secante a la grafica que contiene los
diferentes valores experimentales del calor de vaporizacin.
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