Informe de laboratorio de fisicoquímica M 7-10Presión de vapor de un liquidoPresentado por:Elizabeth Muñoz TuberquiaAstrid Viviana

Introducción

La presión de vapor de un liquido esta definida como la presión que ejerce el vapor en equilibrio con el liquido a una temperatura dada.En esta practica 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.La presión de vapor de un liquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto critico del liquido. Cuando se aumenta la temperatura es aumentada o mayor la porción de moléculas, estas toman la energía necesaria para hacer el cambio de liquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el liquido. Hay un acensuó lento a bajas temperaturas, y luego uno muy rápido como puede observarse como aumento de la pendiente de las curvas. Esta variación de la presión de vapor con la temperatura se expresa matemáticamente con la ecuación de Clausius-Clapeyron. Para la transición de líquidos a vapor P es la presión a la temperatura T, H= Hv el calor de vaporización de un peso dado de liquido, y V1 = V l el volumen del liquido, mientras que V2 = V g es el volumen del mismo pero de vapor.

DATOS

Experimento 1Temperatur

a(ºC)

Temperatura

(K)74 34770 34367 34066 339

64.5 337.563.2 336.262 33560 333

Muestra #1: EtanolPresión atmosférica: 641.87 mmHgTemperatura: 24 °C

1) Presión de vapor del etanol a las diferentes temperaturas

EXPERIMENTO 1h (mmHg)

T °K

0 34736 34378 340

124 339170 337.5184 336.2202 335219 333

Pv = Patm - h Pv = 641.39 mmHg – 36 mmHg = 605.39 mmHg

2) Tabla de datos

Resultados de la experiencia 1T°K 1/T P (mmHg) LnP347 0.002881844380 641.39 6.463637696343 0.002915451895 605.39 6.405872878340 0.002941176470 563.39 6.333972105339 0.002949852507 517.39 6.248796942

337.5 0.00296296293 471.39 6.155685777336.2 0.002974419988 457.39 6.125536418335 0.002985074627 439.39 6.085387401333 0.003003003003 422.39 6.045929057

0.002881844380

0.002915451895

0.002941176470

0.002949852507

0.00296296293

0.002974419988

0.002985074627

0.003003003003

5.8000000005.9000000006.0000000006.1000000006.2000000006.3000000006.4000000006.500000000

Grafico de LnP Vs 1/Temperatura

1/Temperatura

Ln P

r2= 0,9503

Cálculos

El líquido problema cumple con la ecuación de Clausius- Clapeyron ya que la grafica muestra una línea recta con pendiente (m) negativa y con intercepto c. Los resultados de la gráfica, son:

dlnP= Hv dT RT2

Ln P = - Hv + C RT y = mx + b (Ecuación General de la Recta)

En donde, y = Ln P; x = 1/T; m = - Hv/R; b = CLa pendiente (m) que equivale a Hv/R, se halla de la gráfica:

m = Y2 – Y1 X2-X1

El intercepto (b) que equivale a C, se halla extrapolando la recta hasta cruzarse con el eje Y.

La ecuación de la recta es:

Y= -3861.49 x + 17.63

Por tanto, el -HVapor es igual a la m= - Hv R

m= -3861,49 -3861,49 K = -Hvap / (1.98 cal/mol K)- H Vapor= -3861,49K x 1.98cal/mol K = -7645,7502cal/mol R

Calculo del porcentaje de error en el cálculo del calor de vaporización del etanol.

Valor teórico: 9673,9cal/mol

%ERROR= VALOR TEORICO – VALOR REAL VALOR TEORICO

%ERROR= 9673,9 – 7645,75 X 100= 20% 9673,9

ANALISIS DE RESULTADOS

La desviación observada se debió a que el h no iba aumentado conforme disminuía la temperatura si no que algunas veces se quedaba estable y simplemente no variaba, pudo deberse a que al sistema le estaba entrando cuando se aliviaba presión.

El porcentaje de error encontrado fue muy alto debido a que no fuimos muy precisos al aliviar la presión por lo que en algunos casos la presión aumento demasiado y se vieron afectados los resultados.

También se presento poca exactitud al mirar el barómetro y el termómetro. En algunos momentos el líquido problema comenzó a burbujear en el sentido contrario al

debido (del bulbo A hacia el bulbo B) por lo que hubo que esperar hasta que se estabilizara, mientras que la temperatura seguía disminuyendo.

Cuando la fuente de calor (parrilla eléctrica) es reemplazada por el gato mecánico, la temperatura del sistema empieza a disminuir. Esto es debido a que ya no hay más suministro de calor al sistema y éste empieza a perder el adquirido al estar en contacto térmico con el entorno, el cual se encuentra a una temperatura menor. Cuando dos cuerpos a diferente temperatura se encuentran en contacto térmico, el de mayor temperatura cede calor al cuerpo de menor hasta alcanzar un equilibrio térmico (Ley Cero de la Termodinámica).

La disminución de la temperatura es lenta ya que parte del isoteniscopio se encuentra inmerso en agua. Las propiedades físicas del agua, tales como el calor específico y el calor latente, hacen posible que el equilibrio térmico se alcance de manera muy gradual.

La muestra problema (etanol), contenida en el bulbo portamuestra, se vaporiza cuando la temperatura del sistema alcanza el punto de ebullición propio del etanol, es decir, cuando la presión de vapor de equilibrio de éste se iguala a la presión externa. En ese momento la muestra es obligada a pasar hacia el manómetro formado por dos bulbos unidos por un tubo en U, cumpliendo con las propiedades de un gas, ya que estos intentan ocupar todo el volumen disponible en un sistema.

El porcentaje tan alto en el error pudo deberse también a que el valor teórico que se encuentra en los Handbook está dado a 25º C, mientras que el experimental se haya para un rango de temperatura, que en nuestro caso estuvo entre 60-74º C.

En el experimento puede haber errores en la manipulación de la presión con la bomba de vacío, lo cual afecta el tiempo para tomar la temperatura y los datos quedan más distantes los unos de los otros. Así la gráfica puede no quedar tan exacta.

Para tener un valor muy seguro del dato experimental sería bueno tomar más datos y repetir el experimento varias veces. No es garantía que con tan pocos datos (8 en total) se pueda tener un buen cálculo del calor de vaporización.

En la gráfica ideal, todos los puntos deberían para por la línea recta, pero eso no se da y, así, la recta es una aproximación a la recta ideal. Al calcular la pendiente (m), en realidad se está calculando un calor de vaporización aproximado. En el teórico estas variaciones no son consideradas porque se supone que el experimento se hizo bajo las mejore condiciones posibles.

CONCLUSIONES

Para que los datos de la gráfica cumplan la ecuación de Clasius-Clapeyron, es necesario que de cómo resultado una línea recta de pendiente negativa.

Se observó que al aumentar la temperatura de un líquido, ésta varía de forma directamente proporcional en relación a la presión de vapor de dicho líquido.

A partir de la ecuación de Clausius-Clapeyron se puede calcular el calor de vaporización de un líquido mediante la ecuación m = -Hvap. / R.

Una manera diferente a la utilizada durante la práctica de laboratorio de obtener la presión de vapor de un líquido usando el isoteniscopio es realizando el mismo montaje y observar los cambios en las ramas del manómetro de mercurio, cada que se presenten cambios en la temperatura de aproximadamente 2°C.

El punto de ebullición de un líquido a una presión dada P, es la temperatura a la que la presión de vapor de equilibrio se iguala a la presión P.

PREGUNTAS

Cómo se define el punto de ebullición de un líquido

El punto de ebullición de un líquido a una presión dada es la temperatura a la que la presión de vapor de equilibrio se iguala a la presión dada. El punto de ebullición normal, es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido, es 1 atmósfera.

Por qué en una olla a presión, los alimentos se cuecen más rápidamente que en una olla corriente

La estufa brinda calor a los alimentos, en una olla común, el vapor se sale y así no se aprovecha. Por el contrario la olla a presión tiene un cierre hermético y no hay forma de que el vapor se salga. El vapor de la olla aumenta la presión y así la temperatura y los alimentos reciben calor de la estufa y de la olla debido a la alta presión de vapor que se crea en su interior.

Relacione los hechos observados en ésta práctica con la necesidad que tienen los astronautas de presurizar sus trajes espaciales

En el espacio no existe presión, por lo tanto la presión corporal es mayor que la presión externa. Al exponer el cuerpo a la presión del espacio éste sería succionado y los órganos podrían explotar, por eso los astronautas tienen que presurizar los trajes para tratar de igualar las presiones del cuerpo y del espacio así evitando los posibles daños producidos por los cambios de presión.

Explicar en que consiste la destilación a presión reducida

La presión reducida es el cociente entre la presión y la presión a condiciones críticas. Dentro de la destilación, esta presión reducida permite observar el efecto de la presión sobre la entalpía.

Presión Reducida = (Presión de la sustancia) / (presión crítica)

La destilación a presión reducida se emplea con los hidrocarburos, a los que es necesario conocerles su grado de fugacidad, que esta determinado por una constante K que esta definida para las condiciones en equilibrio como:

y = Kx

Estos valores de K se encuentran tabulados para ciertos hidrocarburos, entre ellos el metano, que gráficamente son valores de K en función de la temperatura, para varias presiones. Este valor de K se desarrolla de una forma exponencial.

Al momento de aumentar la presión, disminuyen las composiciones del vapor y el líquido.

En general, la destilación a presión reducida se emplea para aquellas sustancias en las que se necesita reconocer las limitaciones de la presión a la que hay que realizar la separación de ciertos constituyentes dados en los procesos de destilación.

Asumiendo que el calor de vaporización del etanol es constante con la temperatura entre 30 y 75º C, calcular su calor de vaporización. Consultar los datos requeridos en un Handbook

A 78ºC el Hv= 204.26cal/gr

BIBLIOGRAFIA

LEVIN, Ira N. Fisicoquímica. Editorial Mc Graw-Hill S.A. Bogotá, Colombia1981. P 119.

RINCÓN, Fabio y Jaime Escobar. Fundamentos de Fisicoquímica. EditorialUniversidad de Antioquia. Reedición. Medellín 1995. Pp. 251-253.

FARRINGTON, Daniel. Curso de Fisicoquímica Experimental. Editorial CentroRegional de Ayuda Técnica. México 1972. Pp. 48-51.

EGGERS, O. F, Et al. Fisicoquímica. Editorial Limusa-Wiley S.A. México 1967.Pp. 273-275.