Laboratorio de Fisicoquímica 2. Presión de vapor de líquidos puros L-QMC-1300

PRESION DE VAPOR DE LIQUIDOS PUROS

I. INTRODUCCION

Todos los líquidos de una determinada temperatura transfieren sus moléculas desde la fase líquida hasta la gaseosa

en una determinada cantidad estas moléculas son los que ocasionan una presión en el sistema a la que se lo

denomina presión de vapor.

La presión de vapor es una propiedad física de estado liquido, una medida de esta magnitud en función de la

temperatura se usa para determinar el calor de vaporización en el rango de temperaturas. La presión de vapor se

produce cuando existe un equilibrio entre el vapor y el liquido a una determina temperatura.

La variación de la presión de vapor saturado en función de la temperatura se expresa mediante la ecuación de

Claussius – Clapeyron, que relaciona la presión de vapor y la temperatura.

II. OBJETIVOS

Efectuar medidas de altura de líquido manométrico al calentar un volumen de líquido puro a diferentes temperaturas y presión contante.

Evaluar las alturas obtenidas para las presiones de vapor de liquido a cada temperatura y según la ecuación de Claussius – Clapeyron determinar las ∆ H v en el rango de temperaturas.

III. FUNDAMENTO TEORICO

La presión de vapor de los líquidos: Esta presión es conocida como presión saturada de vapor del liquido

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 liquido se

conoce con el nombre de el calor de vaporización y es la diferencia de entalpía de vapor y liquido, esto es,

D Hv = Hr - Hl; donde D Hv significa el calor de vaporización de las variables mencionadas, estas son las entalpías de

vapor y de liquido.

D Hv = D Ev + P D Vv

Cuando se miden la diferentes presiones y temperaturas de un liquido se usan varios procedimientos para medir la

presión de vapor de un liquido, llamados estáticos y dinámicos. Para el primer caso antes mencionado se deja que

el liquido establezca su presión de vapor sin que haya ninguna alteración, mientras que en los dinámicos el liquido

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hierve, ó se hace pasar una corriente inerte de gas a través del mismo. La presión ejercen las moléculas de vapor en

equilibrio con el liquido mismo a, una determinada temperatura se llama presión de vapor del liquido. La presión de

vapor depende de la clase del liquido, además de el liquido mismo que se emplee; a veces este depende en gran

manera de la naturaleza que hay en las interacciones de las moléculas del liquido; un compuesto como el agua

tiene una presión de vapor mas baja que el éter porque las moléculas de agua tienen fuerzas de atracción

intermolecular mayores que las moléculas del éter.

Cuando un liquido puro se introduce en un recipiente evacuado, se observa que las moléculas del liquido escapan

para formar una fase vapor o gaseosa hasta que la presión de vapor en el recipiente alcanza un valor definido, que

esta determinado solamente por la naturaleza del liquido y su temperatura. Esta presión se denomina presión de

vapor de equilibrio del líquido a esa temperatura.

Termodinámicamente puede denominarse que para el equilibrio de las moléculas del

liquido que se mueven hacia la fase vapor o viceversa a una misma temperatura se

cumple la siguiente relación:

(14.1)

Donde: λL es el calor latente calor necesario que requiere el liquido la transferencia de

moléculas desde la fase liquida a vapor, esta relación es conocida como la ecuación de

Clapeyron, que es una expresión exacta que se puede aplicar al caso del equilibrio

liquido – vapor de una sustancia pura.

Sin embargo, Claussius completo los alcances de la ecuación de Clapeyron y sugirió simplificaciones, asumiendo

que las moléculas de vapor se comportan idealmente, obedeciendo a la ecuación de estado de los gases ideales,

que el proceso es reversible y que el calor latente del liquido no es más que el cambio de entalpía del proceso

cuando es reversible, por tanto se admite la siguiente expresión:

(14.2)

Que representa la segunda expresión de Claussius – Clapeyron, que se utiliza para determinar las expresiones de

vapor de un líquido a diferentes temperaturas, donde C es una constante de integración

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Los materiales y reactivos que se usaran son:

Materiales Reactivos Un balón de 250 ml. Alcohol etílico

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Un manómetro

Un termómetro de 0ºC- 100ºC.

Una manguera

Un baño María

Acido acético

La determinación de la presión de vapor puede realizar con cualquier tipo de liquido, como por ejemplo: agua,

benceno, metanol, alcohol etílico e incluso con soluciones a diferente concentraciones. etc.

Se coloca el líquido problema en el balón de 250 ml, en un volumen igual a 5 ml, no requiere ser medido

exactamente, añadir unos granitos de porcelana para evitar salpicaduras.

Calentar suavemente el líquido accionando los controladores del termostato hasta alcanzar una determinada

temperatura, en este instante del equilibrio se debe medir la diferencia de niveles de líquido manométrico.

Estas operaciones se deben repetir hasta tener unas 6 temperaturas, leyendo respectivamente las diferencias en

los líquidos manométricos, recuerde que este proceso es continuo.

Los materiales se disponen de la siguiente figura:

2 5 0

m l

Equipo para determ inar la presion de vapor de un liquido

puro en funcion de la tem peratura

M A N G E R A D E G O M A

M A N O M E T R OT E R M O M E T R O

TA P O N D E G O M AT U B O D E V ID R IO

M AT R A Z V O L U M E T R IC O

V. DATOS Y RESULTADOS

Después de la experimentación obtenemos los siguientes datos:

Alcohol etilico AcidoaceticoT [° C ] h [mm ] Pv (mmHg) T [° C ] h [mm ] Pv (mmHg)15 70 15.69 18 75 16.1020 150 31.14 21 150 28.3030 260 52.29 24 185 43.3433 315 77.91 27 245 63.2736 470 116.13 30 300 87.66

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43 590 164.11 33 360 116.9436 430 151.91

LIQUIDO∆ H v [ kJmol ]

Alcohol etílico 62.38Acido acético 66.36

0.00320 0.00325 0.00330 0.00335 0.00340 0.00345

-6.0000

-5.0000

-4.0000

-3.0000

-2.0000

-1.0000

0.0000

f(x) = − 7982.2900067845 x + 22.7850297079262R² = 0.900653891046174

Acido acetico

1/T [K¯1]

Ln (P

)

0.00310 0.00315 0.00320 0.00325 0.00330 0.00335 0.00340 0.00345 0.00350

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

f(x) = − 6371.95102395101 x + 17.4889316025158R² = 0.920020274194059

Alcohol Etilico

1/T [K¯1]

Ln (P

)

ENTALPIA CORREGIDA ALCOHOL ETILICO

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0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335 0.0034 0.00345

-4.500

-4.000

-3.500

-3.000

-2.500

-2.000

-1.500

-1.000

-0.500

0.000

f(x) = − 4643.3745120419 x + 11.9127008808222R² = 0.967730622043729

Alcohol Etilico

1/T [K¯1]

Ln (P

)

LIQUIDO∆ H v [ kJmol ]

Alcohol etílico 38.60

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Después del procesamiento de datos se obtuvo las entalpias de vaporización haciendo uso de la ecuación de Claussius-Clapeyron:

LIQUIDO∆ H v(exp)[ kJmol ] ∆ H v(TABLAS)[ kJmol ]

Alcohol etílico 52.98 38.56Acido acético 66.36 23.70

Comparando con los valores extraídos de la bibliografía podemos observar desviación enorme de los valores experimentales en relación a los teóricos, debido a esto para el alcohol etílico se eliminaron,2 de sus 6 datos los cuales causaban gran desviación, y se obtuvo el siguiente resultado:

LIQUIDO∆ H v(exp)[ kJmol ] ∆ H v(TABLAS)[ kJmol ]

Alcohol etílico 38.60 38.56

Vemos que el valor de ∆ H v corregida del acido etílico es muy próxima al valor extraído de tablas, es así que podemos atribuir a la gran diferencia antes vista a errores experimentales por la falta de experiencia a la hora de aplicar el método isoteniscopico. Se concluye que la práctica de laboratorio ha sido un éxito dado que si bien en un primera instancia no se obtuvieron buenos resultados el alumno tuvo la capacidad de inferir y encontrar los errores que en este caso fueron experimentales.

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VII. BIBLIOGRAFIA

Ing. Mario Huanca IbañezGuía de laboratorio en prácticas de FisicoquímicaEdit. FNI. Oruro-Bolivia-2006

VIII. APENDICE

8.1 CALCULOS

Alcohol etílico

Nº T [° C ] h [mm ] Pv (mmHg) T [K ] 1/T Pv (atm) ln (P)1 15 70 5.69 285 0.00347 0.013 -4.3312 20 190 15.45 290 0.00341 0.007 -4.8943 30 260 21.14 300 0.00330 0.020 -3.8964 33 315 25.62 303 0.00327 0.028 -3.5825 36 470 38.22 306 0.00323 0.034 -3.3906 43 590 47.98 313 0.00316 0.050 -2.990

Tabulando los datos se obtiene la gráfica de donde:

La pendiente=∆ H v

R→∆H v=6.372×8.314=52.98 [ Kjmol ]

Acido acético

Nº T [° C ] h [mm ] Pv (mmHg) T [K ] 1/T Pv (atm) ln (P)1 18 75 6.10 288 0.00343 0.0080 -4.82522 21 150 12.20 291 0.00340 0.0161 -4.13203 29 185 15.04 299 0.00331 0.0198 -3.92234 27 245 19.92 297 0.00333 0.0262 -3.64145 30 300 24.40 300 0.00330 0.0321 -3.4389

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6 33 360 29.28 303 0.00327 0.0385 -3.25657 36 430 34.97 306 0.00323 0.0460 -3.0789

Tabulando los datos se obtiene la gráfica de donde:

La pendiente=∆ H v

R→∆H v=7.982×8.314=66.36 [ Kjmol ]

ENTALPIA CORREGIDA ALCOHOL ETILICO

Nº 1/T ln (P)1 0.0034

7 -4.3312 0.00341 -4.8943 0.0033

0 -3.8964 0.00327 -3.5825 0.00323 -3.3906 0.00316 -2.990

Se eliminan los valores en negrita, se vuelve a hacer la regresión lineal y se tiene:

La pendiente=∆ H v

R→∆H v=4.643×8.314=38.60[ Kjmol ]

8.2 CUESTIONARIO

Calcular el calor latente de vaporización del agua a 80ºC, mediante la ecuación aproximada de Clapeyron-Clausius, sabiendo que la pendiente de su curva de tensión o (presión) de vapor es de 0.01893 [atm/grado] a 80ºC y que su presión de vapor a la misma temperatura es de 355mmHg.

dPdT

=∆H vP

RT 2 →∆H v=dPdT

RT 2

P

∆ H v=0.01892atmK×

1.987[ calk mol ]×(273.15+80)2K 2

355760

atm=10037 [ calmol ]

El calor latente de vaporización del tolueno (C7H 8=92.1) es de 7980 cal/mol, en su punto de ebullición de 111ºC. Hállese la presión de vapor del tolueno a 84 ºC.

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logP2

P1

=∆ H v

2.3 R ( 1T1

− 1T2 )

log760P1

=7980[ calmol ]

2.3×1.987[ calk mol ]

( 1357.15

− 1384.15 ) 1

K=0.343

760P1

=2.206→P1=344.49 [mmHg ]

Calcular el calor latente de vaporización del agua a 80ºC, mediante la ecuación exacta de Clapeyron, sabiendo que la pendiente de su curva de presión de vapor es de 0.01893 atm/grado a 80ºC y los volúmenes específicos del liquido y de su vapor saturado sonde 1.029 y 3409.2 ml/g, respectivamente.

dPdT

=∆ H v

T (V v−V l )→∆H v=

dPdT

T (V v−V l )

∆ H v=0.01892atmK×353.15K × (3409.2−1.029 )ml

gr×

1 L1000ml

×18gr1mol

×24.22cal1atm L

=9927.69[ calmol ]Para el benceno liquido, la ecuación propia de la variación de su presión de vapor, en mmHg, en relación a la temperatura absoluta, es la siguiente:

LogP=−1686T

+7.652

Calcular el calor latente molar de vaporización y el punto de ebullición.

T= −1686log 760−7.652

T=353.37K

∆H v

2.3R=1686→∆H v=1686×2.3×1.987[ calmol ]=7705.19 [ calmol ]

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INDICE

RESUMEN…………………………………………….………………………………………………………………..i

I. INTRODUCCION.....................................................................................................1

II. OBJETIVOS............................................................................................................1

III. FUNDAMENTO TEORICO......................................................................................1

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.......................................................................2

V. DATOS Y RESULTADOS.........................................................................................3

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.....................................................................5

VII. BIBLIOGRAFIA.....................................................................................................5

VIII. APENDICE..........................................................................................................6

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