PRESIÓN DE VAPOR DE MEZCLAS DE LÍQUIDOS IDEALES

Conceptos relacionados

Presión de vapor, ley de Raoult, presión parcial.

Marco Teórico

De acuerdo a la ley de Raoult, la presión de vapor de las soluciones ideales es la suma de las presiones parciales de los componentes individuales. Mezclas de Benceno y Tolueno muestran un comportamiento casi ideal.

Actividad

1. Determinar la presión de vapor del Benceno y Tolueno y la de nueve mezclas diferentes de ambos, bajo condiciones isotérmicas.

2. Trazar la presión de vapor como una función de la fracción molar de las soluciones.

Equipos Barómetro / Manómetro de mano 07136.00 1 Sensor de presión 07136.01 1 Adaptador de tubo, 3−5/6−10mm 47517.01 1

Manguera de silicona, d i=7mm 39296.00 1

Tubo de silicona, d i=2mm 39298.00 1

Termostato de inmersión, 100℃ 08492.93 1 Accesorios para el termostato de inmersión 08492.01 1 Equipo para lavar el termostato, 6 I, Makrolon 08487.02 1 Base-H –PASS- 02009.55 1 Barra de soporte, l=750mm 02033.00 2 Soporte vertical, h=750mm 37694.00 1 Pinza de ángulo recto 37697.00 4 Pinzas universales 37715.00 4 Matraz de fondo redondo, 100ml, con 2 cuellos, IGJ 19/26 35842.05 3 Tapón, IGJ 19/26, de cristal, claro 41252.10 1 Tubo para conectar, IGJ 19/26 – GL 18/8 35678.01 1 Tubo de vidrio de ángulo recto, 85+60mm 36701.52 1 Tubo de vidrio de ángulo recto, 230+55mm

36701.59 1 Llave de paso de 3 vías en forma de T, capilar 36732.00 1 Botella de seguridad con manómetro 34170.88 1 Bomba de chorro de agua 02728.00 1 Pipeta volumétrica, 50ml 36581.00 2 Pipeta volumétrica, 25ml 36580.00 2 Pipeta volumétrica, 10ml 36578.00 2 Pipeta 36592.00 1 plato de pipeta

36589.00 1 Tubo de goma vacio, d i=6mm

39286.00 2

Tubo de goma, d i=6mm 39284.00 4

Clip para la manguera, d=8…12mm 40996.01 4 Benceno puro, 500ml 30038.50 1 Tolueno puro, 250ml 30236.25 1 Un Tubo de grasa de silicona 31863.00 1

Montaje y procedimiento

Hacer el montaje del experimento como se muestra en la Fig. 1. El aparato ensamblado debe ser hermético. La pipeta de 50ml con Tolueno dentro del matraz de dos cuellos de 100ml y se sella con un tapón meticulosamente engrasado. Abrir la llave de paso de tres vías del tapón para abrir la conexión del aparto hacia la bomba de chorro de aguar e iniciar el bombeado. El líquido inicia a hacer espumas luego de unos pocos segundos y se establece una presión constante. Girar otra vez la llave de paso de tres vías para aislar el aparato de la bomba de chorro de agua al igual que de la presión atmosférica. Entonces se toma y se registra la presión exacta medida por el manómetro digital. Durante un periodo de 5 minutos la presión no debería variar ni ascender por más de un máximo de 5hPa, de lo contrario el aparto no es hermético. Se repite el procedimiento de encendido y apagado varias veces para eliminar los residuos de aire de tal forma que en última instancia la fase gaseosa sea el vapor del solvente puro y solo se abre el sistema al vacio por breves periodos para mantener las pérdidas de fluido en un mínimo. Se toma y se registra la presión medida por el manómetro digital. Cuidadosamente expulsar aire del aparato, agregar 10ml de Benceno y repetir el experimento para determinar la presión de vapor de la mezcla. Continuar con este procedimiento para tres porciones más de 10ml de Benceno, dando un total de 40ml de Benceno. Luego se repite todo el procedimiento, pero iniciando con 50ml de Benceno y agregando Tolueno en pasos de 10ml. En la Tabla 1 están registradas las composiciones de las soluciones y ejemplos de las presiones de vapor determinadas experimentalmente.

Teoría y evaluación

Una presión de vapor especifica se establece por si misma por encima de cada fase líquida. En un sistema que consta de un componente líquido en el cual las dos fases (la fase de líquido puro y la fase de gas puro de dicho líquido) están en un estado de equilibrio, la presión de la fase gaseosa es considerada la presión de vapor del componente. Si dos componentes se mezclan, entonces la presión de vapor parcial del solvente en la solución resultante es menor que la presión de vapor del solvente puro. Para soluciones ideales la relación se describe con la ley de Raoult:

PA=PA¿ . xA

donde:

PA¿ presión de vapor de la sustancia pura A

PA presión de vapor parcial de la sustancia A en la solución

x A fracción molar de la sustancia A

la disminución de la presión de vapor relativa es proporcional a la fracción molar de los componentes disueltos. La ley de Raoult es una ley limitada para las soluciones ideales o muy diluidas. Si un sistema de dos componentes está conformado por dos sustancias muy similares, entonces solo puede haber una pequeña desviación de la ley de Raoult. El sistema Benceno/Tolueno demuestra un comportamiento casi ideal. La curva de presión de vapor de este sistema es una línea recta cuando se presenta como una función de la fracción molar. Esta línea representa la relación entre las presiones de vapor de los componentes puros. La presión total es la suma de las presiones parciales individuales para cualquier composición de la sustancia.

Datos y resultados

Las presiones de vapor determinadas experimentalmente para las mezclas de Tolueno/Benceno están registradas en la Fig. 2 como funciones de la fracción molar del Benceno. La presión de vapor en la fracción molar x=0 es la presión de vapor del

Tolueno puro PTolueno¿

, en la fracción molar x=1 del Benceno puro PBenceno¿

. La presión

parcial del Tolueno corresponde con la línea recta PTolueno¿

, del Benceno con línea recta

PBenceno¿

.

Valores de referencia:

Masa molar Densidad P¿

Tolueno 92.14 g/mol 0.8669 g/cm3 3.8 kPa

Benceno 78.11 g/mol 0.8765 g/cm3 13.5 kPa

Fig. 2. Curva de presión de vapor del sistema Benceno/Tolueno

Tabla 1: composiciones de las soluciones y presiones de vapor determinadas experimentalmente.

Tolueno / ml Benceno / ml xBenceno p / hPa

50 0 0 4250 10 0.193 6650 20 0.323 7650 30 0.417 8550 40 0.488 9025 25 0.544 930 50 1.000 135

10 50 0.856 12320 50 0.7490 11330 50 0.665 10740 50 0.599 97