PRÁCTICA N° 5

“DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA

PRESIÓN DE VAPOR DE UN LÍQUIDO PURO”

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALUnidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias

Sociales y Administrativas

REPORTE DE:

“PRÁCTICA N° 5”

Química Aplicada – Laboratorio

Ing. Ma. Del Rocío Romero Sánchez

12 de febrero de 2015

OBJETIVO GENERAL

Determinar experimentalmente la presión de vapor de líquidos puros a distintas temperaturas.

OBJETIVOS PARTICULARES

* Determinar experimentalmente la presión de vapor de líquidos puros a distintas temperaturas de ebullición, modificando la presión del sistema.

* Determinar la relación que existe entre la presión de vapor y la temperatura de líquidos puros.

* Analizar y comparar los resultados con los datos teóricos y así mismo calcular los porcentajes de error.

RESUMEN

En esta práctica número cinco se realizó un experimento encaminado a la comprobación de la presión de vapor de líquidos puros a distintas temperaturas de ebullición, modificando la presión del sistema. Y así poder el comportamiento de la experimentación e ir anotando consecutivamente su cambio de temperatura medida en la escala centígrada del mercurio, también se hacían anotaciones de las alturas cada vez que se dejaba escapar cierta cantidad de presión. Posteriormente se realizaron los cálculos necesarios para poder obtener el dato experimental y poder comparar el dato teórico y finalmente calcular el porcentaje de error experimental que se cometió en la práctica realizada.

INTRODUCCIÓN

LA PRESIÓN DE VAPOR DE LOS LÍQUIDOS

Esta presión es conocida como presión saturada de vapor del líquido correspondiente. Para un líquido cualquiera la vaporización va acompañada de absorción de calor y la cantidad de este, cuando se nos da una presión y una temperatura, con las cuales se puede calentar cierto peso de líquido se conoce con el nombre del calor de vaporización y es la diferencia de entalpía de vapor y líquido, esto es, ΔHv = Hr - Hl; donde ΔHv significa el calor de vaporización de las variables mencionadas, estas son las entalpías de vapor y de líquido.

ΔHv = ΔEv + P Δ Vv

Cuando se miden las diferentes presiones y temperaturas de un líquido se usan variosprocedimientos para medir la presión de vapor de un líquido, llamados estáticos y dinámicos. Para el primer caso antes mencionado se deja que el líquido establezca su presión de vapor sin que haya ninguna alteración, mientras que en los dinámicos el líquido hierve, o se hace pasar una corriente inerte de gas a través del mismo. La presión ejercen las moléculas de vapor en equilibrio con el

líquido mismo a, una determinada temperatura se llama presión de vapor del líquido. La presión de vapor depende de la clase del líquido, además del líquido mismo que se emplee; a veces este depende en gran manera de la naturaleza que hay en las interacciones de las moléculas del líquido; un compuesto como el agua tiene una presión de vapor más baja que el éter porque las moléculas de agua tienen fuerzas de atracción intermolecular mayores que las moléculas del éter.

VARIACIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA

La presión de vapor de un líquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto crítico del líquido. Cuando se aumenta la temperatura es aumentada o mayor la porción de moléculas, estas toman la energía necesaria para hacer el cambio de líquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el líquido. Hay un acensuó lento a bajas temperaturas, y luego uno muy rápido como puede observarse como aumento de la pendiente de lascurvas. 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, D H= D Hv el calor de vaporización de un peso dado de líquido, y V1 = V l el volumen del líquido, mientras que V2 = V g es el volumen del mismo pero de vapor.

ENTALPÍA

La mayoría de los procesos físicos y químicos tienen lugar a presión constante y no a volumen constante. Esto es cierto, por ejemplo en el proceso de vaporización, la energía interna E se puede usar efectivamente en procesos a volumen constante, encontraremos muy conveniente en los cambios a presión constante emplear otra función termodinámica. Al igual que la energía interna no podemos establecer el valor absoluto de la entalpía 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 energía interna, la entalpía de un sistema depende exclusivamente de su estado y no de su historia anterior.

PUNTO DE EBULLICIÓN

Se define punto de ebullición de un líquido como la temperatura a la cual la presión del vapor es igual a la presión externa. Cuando se aplica calor a un líquido, su presión de vapor aumenta hasta hacerse igual a la presión atmosférica. El punto de ebullición varía con la presión externa que existe por encima de la superficie del líquido. Al descender la presión, el punto de ebullición disminuye; un aumento en la presión aumenta el punto de ebullición.

EQUIPO EMPLEADO

En la siguiente tabla se presentan los materiales que fueron utilizados en la práctica n° 5, junto con su representación visual, uso y clasificación. Esto para especificar las funciones que tuvieron.

MATERIALES

NOMBRE DIBUJO USO CLASIFICACION

Mechero Utilizado para

calentar sustancias.

Material de uso específico.

Soporte universal

Utilizado como base o soporte

de otros utensilios.

Material de sostén

Rejilla

Se utiliza para sostener

utensilios que se van a

someter a un calentamiento.

Material de sostén

Anillo

Se utiliza para sostener

recipientes que van a

calentarse a fuego lento

Material de sostén

Termómetro de

laboratorio

Se utiliza para medir la

temperatura.

Material de uso específico

Refrigerante recto o

equivalente

Refrigera constantemente

el agua

Material de uso específico

Tubo en “U” como

manómetro

Se utiliza para medir presión

Material de uso específico

Bomba de Vacío

Para generar presión

Material de uso específico

Manguera de látex

Se utiliza como conducto

Conducto

REACTIVOS

Agua.

PROCEDIMIENTO Y DIAGRAMA DE BLOQUES

INSTALAR

LLENAR

Aparato

Una cuarta parte del matraz

De acuerdo con la figura que muestra

el manual.

Con el líquido de

CALCULOS Y RESULTADOS

Pv (cmHg) T (°C ) y=¿Pv T (° K ) x= 1T

(° K−1)

0.9204 10 0.08 283 1/2831.753 20 0.56 293 1/2933.1824 30 1.15 303 1/3035.5324 40 1.71 313 1/3139.251 50 2.22 323 1/32319.93 60 2.70 333 1/33323.37 70 3.15 343 1/34335.51 80 3.56 353 1/353

VERIFICAR

CALENTAR

ANOTAR

MODIFICAR

FIJAR

REPETIR

ANOTAR

CALCULAR

Que el aparato no presente fugas.

Presión en el sistema, abriendo la válvula lentamente

El vacío controlándolo con

“La presión de debe mantenerse

A presión recomendada: 40mm

Liquido problema

Controlando calentamiento para que la ebullición sea

Temperatura de ebullición Medir diferencia de

alturas en las ramas del manómetro.

Hasta establecer presión de 5 cm de hg.

Operación anterior varias veces

Hasta que la diferencia de alturas sea igual a cero.

Datos obtenidos

Resultados

52.57 90 3.96 363 1/36376 100 4.33 373 1/373

DATO TEÓRICO

m=−5170.73b=18.21

Calculando dato teórico:

∆ H=(−5170.73 )( 1° K )(1.987 calmol ° K )=10274.24 calmol

DATO EXPERIMENTAL

h1(cmHg) h2(cmHg) ∆ h=|h1−h2|=Pman (cmHg )Pabs=Pv=Patm−Pman (cmHg )T (°C ) y=¿Pv T (° K ) x= 1T

(° K−1)

38.4 26 12.4 46.1 60 3.83 333 1/33332.5 32.5 0 58.5 85 4.06 358 1/15845 9.5 33.5 23 36 3.13 309 1/30936 27 9 49.5 70 3.9 343 1/34333 30 3 55.5 76 4.01 349 1/349

m=−2150.27 b=10.156

Calculo de dato experimental:

∆ H=(−2150.27 )( 1° K )(1.987 calmol ° K )=4272.58 calmol

Calculo de error experimental:

%error=|10274.24−4272.5810274.24 |×100=58.41%ANÁLISIS DE RESULTADOS

Primeramente se tabularon los datos correspondientes para calcular el dato

teórico del experimento, dando este como resultado 10274.24calmol

. Posteriormente

se obtuvo de igual forma el dato experimental, dando como resultado 4272.58calmol

y finalmente obtener el porcentaje de error del experimento, obteniendo como error 58.41%.

CONCLUSIÓN

En conclusión el experimento se realizó de manera satisfactoria, para alcanzar los objetivos planteados en la práctica, perseverando la experimentación de la determinación experimental de la presión de vapor de un líquido puro, que en este caso fue el agua. Finalizando con el resultado experimental obtenido.

Para la determinación de la presión del vapor del agua en estado líquido se instaló el aparato experimental que estaba ensamblado previamente. Después se llenó con el agua (líquido de estudio); se verificó que no se tuvieran fugas en el sistema y que la presión se mantenga constante. Se fijó el vacío con la válvula a una presión recomendada de 40 mm en el manómetro de mercurio. Se calentó el líquido de manera controlada para que la ebullición sea moderada, luego entonces, procedimos a anotar los resultados de la temperatura de ebullición y la diferencia de alturas en las ramas del manómetro. Al finalizar el procedimiento anterior pasamos a modificar la presión en el sistema, abriendo una válvula lentamente hasta establecer la presión de 5 cmHg.

Se repitió esta operación varias veces, hasta que la diferencia de alturas sea igual a cero. Al llegar a este punto se procedió a anotar los datos obtenidos y por lo consiguiente, hacer los respectivos cálculos.

Respecto a los valores que se obtuvieron de la presión se obtuvo un porcentaje de error del 58.41%. El porcentaje de error se toma como aceptable dado que a la hora de la experimento el sistema haya presentado alguna fuga además de considerar los errores de tipo humano que se pudieron presentar en la obtención de los datos.

CUESTIONARIO:

1.- Construya una gráfica de presión (mm Hg) contra la temperatura absoluta

mmHg T(°K)230 309461 333495 343555 349585 358

3.- Construya una gráfica de ln P contra 1/T donde T esté en Kelvin

1/309 1/333 1/343 1/349 1/3580.000.501.001.502.002.503.003.504.004.50

3.13

3.83 3.90 4.01 4.06

ln P

4.- Determine el valor de la entalpía de vaporización ( ∆ H v

)

309 333 343 349 3580

200

400

600

230

461 495555 585

Presión (mmHg) V.S Temperatura absoluta

(°K)

mmHg

309 333 343 349 3580

0.51

1.52

2.53

3.54

4.5

3.13

3.83 3.9 4.01 4.06

ln P

ln P

2.- Construya una gráfica de ln P contra la temperatura absoluta

ln P T(°K)

3.13 309

3.83 333

3.9 343

4.01 349

4.06 358

ln P 1/T3.13 1/309

3.83 1/333

3.90 1/343

4.01 1/349

4.06 1/358

∆ H=(−2150.27 )( 1° K )(1.987 calmol ° K )=4272.58 calmol

*5.- Compara los valores obtenidos gráficamente de presión de vapor, con los reportados en la literatura.

283 293 303 313 323 333 343 353 363 3730

10

20

30

40

50

60

70

80

Pv Teo

Pv Teo

6.- Determine el porcentaje de error entre el valor de ∆ H v experimental y el reportado en la literatura.

%error=|10274.24−4272.5810274.24 |×100=58.41%

BIBLIOGRAFIA

309 333 343 349 3580

10203040506070

PV Exp

Pv Exp

T(K) Pv Teo283 0.9204293 1.753303 3.1824313 5.5324323 9.251333 14.93343 23.37353 35.51363 52.57373 76

T (°K) PvExp309 23333 46.1343 49.5349 55.5358 58.5

Química séptima edición R.Perry& C. ChilthonMc Graw HillPágs. 208-210