LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I

PRESIÓN DE VAPOR DE LÍQUIDOS PUROS

1. OBJETIVOS :Utilizar correctamente el equipo de presión de vapor

Determinar como varia la presión de vapor con la temperatura

2. FUNDAMENTO TEÓRICO :

Presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura la fase líquida y vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor 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.

El factor más importante que determina el valor de la presión de saturación es la propia naturaleza del líquido, encontrándose que en general entre líquidos de naturaleza similar, la presión de vapor a una temperatura dada es tanto menor cuanto mayor es el peso molecular del líquido.

Características Principales:

El valor de la presión de vapor es independiente de las cantidades del líquido y vapor, mientras haya presente cualquier superficie libre del líquido. Este valor depende en realidad de la cantidad de moléculas ganadas o perdidas por el líquido.

A mayor área expuesta al vapor, mayor será la cantidad de moléculas ganadas por el líquido.

La composición del líquido es determinante en el valor de la presión de vapor durante el equilibrio.

A mayor peso molecular menor valor en la presión de vapor.

Este tipo de tratamiento permite además obtener los valores del calor y de la entropía de vaporización del líquido

Existen varios métodos para medir la presión de vapor. El más conocido es:

El isoteniscopio, cuando la presión externa es igual a la presión de vapor el manómetro de comparación, sumergido en el baño, debe tener la misma altura en

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las dos ramas. es preciso, flexible y conveniente para la medición de las presiones de vapor de una sustancia en un intervalo amplio de temperaturas.

 Monte el equipo mostrado en la figura que sigue:

 

Fig.No1 Disposición

del isoteniscopio en la determinación de la presión de vapor de líquidos

Dependencia de la Presión de Vapor con respecto a la Temperatura

 La presión de vapor de un líquido aumenta con el incremento de la temperatura. La magnitud del incremento de presión de vapor con la temperatura es característica del líquido particular. Las variaciones de presión de vapor con la temperatura de varios líquidos se muestran en la Fig. 3.

3. DATOS:

3.1. DATOS EXPERIMENTALES:

Tabla 1: Datos para el hexano C6H14

Altura de manómetro de mercurio Temperatura(ºC)

Lado izquierdo Lado derecho H(mmHg)

0 0 0 68

3.3 3.3 6.6 65

5.7 5.4 11.1 63.5

7.8 8.1 15.9 61

10.2 10.6 20.8 58.5

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12.8 12.8 25.6 56

15.5 15.7 31.2 52

3.2. DATOS BIBLIÓGRAFICOS:

Densidad de mercurio = 13600

Presión utilizada= 753mmHg

Constante universal de los gases (R) =0.082 =62.4

Gravedad: 9.8m/s2

4. TRATAMIENTO DE DATOS

A. Ecuaciones a utilizar:

Psat = Presión atmosférica - Psistema…ecuación I

…ecuación II

Ecuación de Antonie:

…ecuación III

Ecuaciones para hallar los coeficientes A, B y C de la ecuación de antonie.

En donde: a la temperatura Ti

B. Grafica de presión de vapor Psat (mmHg) Vs Temperatura (ºC)

Para la gráfica se utiliza la siguiente ecuación I:

Para T = 65 C, Psist = 66mmHg

Psat = 753 – 66 = 694 mmHg

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Así se calculan los siguientes resultados:

T(ºC) PV(mmHg)

68 753

65 687

63.5 642

61 594

58.5 545

56 497

52 441

A partir de la tabla anterior se grafica:

C. Cálculo de la (cal/mol):

De la ecuación II, se despeja:

Para la temperatura 68ºC y 65ºC:

Se convierte a kelvin

68ºC=341K

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65ºC=338K

Reemplazamos en la ecuación anterior los datos correspondientes:

Así se calcula para los siguientes casos:

P1(mmHg) P2(mmHg) T1(K) T2(K)

753 687 341 338 21.99x104

687 642 338 336.5 32.05x104

642 594 336.5 334 21.80x104

594 545 334 331.5 23.79x104

545 497 331.5 329 25.09x104

497 441 329 352 19.94x104

D. Calculo de los coeficientes A, B y C de la ecuación de Antoine.

Para los siguientes datos calculamos los coeficientes de antoine evaluándolo

en la ecuación III.

T1 = 341K P1 = 753 mmHg q1 = 2,88

T2 = 334K P2 = 594 mmHg q2 = 2,77

T3 = 325K P3 = 441 mmHg q3 = 2,64

Reemplazando en la ecuación resuelta:

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…ecuación IV

E. Cálculo de las presiones de vapor obtenidas en el laboratorio a sus respectivas temperaturas.

Reemplazando en la ecuación IV:

T = 68 C = 341 K

El error esta dado por:

Los otros resultados se muestran en la siguiente tabla:

T (K) Psatteor.

(mmHg)

Psatexper.

(mmHg)

% error

341 758.58 753 -0.74

338 678.95 687 1.19

336.5 643.19 642 -0.19

334 588.84 594 0.88

331.5 540.34 545 0.86

329 496.92 497 0.016

325 436.52 441 1.03

Compare los valores de presión de vapor estimados con los valores de presión de

vapor verdaderos dados en manuales, libros o revistas. Para un determinado número

de valores de temperatura halle los errores relativos porcentuales respectivos.

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T (C) Psat (mmHg)

9,1 40

16,6 60

27 100

42 200

59,3 400

77,1 760

Calculando la ecuación de la recta: Y = A.eBX

Entonces:

A = 18,652597

B = 5,3888937 x 10-2

Resultando la ecuación:

Y = 18,652597.e0,053888937.X

r = 0,9888492

T (K) Psatteor. (mmHg) Psatexper.

(mmHg)

% error

340,15 689,898 592 14,19

331,15 424,768 420 1,1225

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330,15 402,4836 403 0,1283

324,15 291,2905 333 14,31887

320,15 234,8073 276 17,5432

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

6. CONCLUSIONES :

7. RECOMENDACIONES :

Los materiales deben de estar en condiciones adecuados para obtener resultados cercanos a los valores teóricos.

Al tener sólo una bomba de vacio es recomendable armar un sistema de tuberías que conectados con dicha bomba genere vacio y así se evitaría congestión de alumnado en un solo lugar.

Utilizar una sustancia menos toxica y con un punto de ebullición menor que el hexano.

Fijar bien el soporte donde se encuentra el balón ya que el peso de este provoca que no tenga equilibrio, se sugiere utilizar otro soporte que ayude a compensar el peso del balón lleno de agua que ayuda a obtener un equilibrio térmico.

8. CUESTIONARIO :

9. ANEXO :

Explosión bleve:

Una BLEVE es un tipo de explosión mecánica cuyo nombre procede de sus iniciales en inglés Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion cuya traducción sería "Expansión explosiva del vapor de un líquido en ebullición".

La BLEVE es un caso especial de estallido catastrófico de un recipiente a presión en el que ocurre un escape súbito a la atmósfera de una gran masa de líquido o gas licuado a presión sobrecalentados.

Para que se produzca una explosión BLEVE no es necesaria la existencia de reacciones químicas ni fenómenos de combustión. Podría producirse incluso en calentadores de agua y calderas de vapor. En principio podría originarse en cualquier líquido almacenado en un .recipiente hermético. Las BLEVES son exclusivas de los líquidos o gases licuados en determinadas condiciones.

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Tras producirse el estallido del recipiente, la gran masa evaporada asciende en el exterior, arrastrando finísimas partículas de líquido y entrando en combustión -en caso de incendio- en forma de honge, con la gran bola de fuego superior tras un instante y al haberse producido la difusión en el aire por debajo del límite superior de inflamabilidad. Dicha bola de fuego se irá expandiendo a medida que va ardiendo la totalidad de masa de vapor liberada.

Condiciones para que se produzca una explosión BLEVE:

Para que se origine una explosión BLEVE tienen que concurrir las condiciones siguientes que son interdependientes entre sí:

Producto en estado líquido sobrecalentado

Se entiende como tal cuando su temperatura es superior a la que lo correspondería si se hallara en equilibrio con su presión de vapor. Esta situación de inestabilidad se presenta bajo una exposición del recipiente a un incendio o en recipientes sobrellenados.

Bajada súbita de la presión (isentrópica) en el interior del recipiente

Tal descenso de presión puede ser debido a causas tales como: desprendimiento del disco de ruptura, pérdida de resistencia del recipiente en un incendio con la consiguiente rotura del mismo, perforación del recipiente por impacto, rotura por sobrellenado e incluso disparo de válvulas de seguridad mal diseñadas. Cuanto mayor sea la caída de presión, mayor serán también los efectos de la BLEVE caso de producirse.

Termodinámica de la BLEVE

Cualquier líquido o gas licuado almacenado en el interior de un recipiente cerrado se encuentra en las dos fases, líquido y vapor en situación de equilibrio, según la curva de saturación presión - temperatura de la figura 1, o sea que a cada temperatura del líquido le corresponde una determinada presión de vapor, que es la que está soportando la pared interior del recipiente expuesto a la fase vapor.

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Fig. 1: Curva de saturación P-T

A medida que aumenta la temperatura, aumenta obviamente la presión de equilibrio, hasta alcanzarse el punto crítico, a partir del cual solo es posible la existencia de la fase gaseosa.

El sobrecalentamiento de una sustancia puede lograrse mediante calentamiento, superando su punto de ebullición sin que llegue a transformarse en vapor, o bien disminuyendo la presión, permaneciendo la temperatura constante.

Consecuencias de una BLEVE

Aunque en sentido estricto la BLEVE es la explosión mecánica del recipiente, dado que normalmente va asociada originariamente a incendios sobre recipientes que contienen líquidos inflamables, nos limitaremos en este último apartado a los tres tipos de consecuencias que suceden en este último caso:

Radiación térmica. Sobrepresiones por la onda expansiva.

Proyección de fragmentos metálicos.

10. BIBLIOGRAFÍA :

www.mtas.es/insht/ntp/ntp_293.htm - 43k -

www.geocities.com/SiliconValley/Peaks/2635/me43a/taller1/deptemp.htm - 4k -

www.monografias.com/trabajos16/presion-liquido-puro/presion-liquido-puro.shtml - 51k -

es.wikipedia.org/wiki/Presión_de_vapor - 20k

www.sabelotodo.org/termicos/presionvapor.html - 11k

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