PRESIÓN DE VAPOR VAPOR PRESSURE
1
Wendy Montero Ovalle, 1 Alejandra Usaquén Tolosa, 1 Diego Humberto Cubillos 1
2
Miguel Delgado Gómez
1,2
Universidad Distrital Francisco José de Caldas 1 Estudiantes Termodinámica I – 01, 2
Profesor
RESUMEN
Por medio de la práctica se observan los diferentes factores que intervienen en la presión de vapor. Se realiza un montaje con vaso de precipitado lleno de agua, una probeta invertida llena hasta un punto y se calienta hasta cierta temperatura, observando los cambios ocurridos tanto en su calentamiento como en su enfriamiento.
PALABRAS CLAVE
Temperatura, presión de vapor, volumen, sustancia, presión total. ABSTRACT
Through practice can observe the different factors involved in the steam pressure. Mounting is performed beaker filled with water, a test tube filled inverted to a point and heated to a certain temperature, noting the changes in both its heating and on cooling. KEY WORDS
Temperature, vapor pressure, volume, substance, total pressure. INTRODUCCIÓN
La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el sólido o liquido se hallan en equilibrio con su vapor.
Los vapores y los gases, tienden a ocupar el mayor volumen posible y ejercen así sobre las paredes de los recintos que los contienen, una presión también llamada, fuerza elástica o tensión. Para determinar un valor sobre esta presión se divide la fuerza total por la superficie en contacto. A medida que las moléculas pasan al estado de vapor, la presión dentro del espacio cerrado sobre el líquido aumenta, este aumento no es indefinido, y hay un valor de
presión para el cual por cada molécula
que logra escapar del líquido
necesariamente regresa una de las gaseosas a él, por lo que se establece un equilibrio y la presión no sigue subiendo. La presión de vapor depende de dos factores, la naturaleza del líquido y la temperatura. 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 equilibrio dinámico se alcanzará más rápidamente cuanto mayor sea la superficie de contacto entre el líquido y el vapor, pues así se favorece la evaporación del líquido; del mismo modo que un charco de agua extenso pero de poca profundidad se seca más rápido que uno más pequeño pero de mayor profundidad que contenga igual cantidad de agua. Sin embargo, el equilibrio se alcanza en ambos casos para igual presión.
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. Como una tendencia general, la presión de vapor de los líquidos a presión atmosférica se
incrementa con respecto al
decrecimiento en la temperatura de ebullición.
El valor de la presión de vapor de un líquido, da una idea clara de su volatilidad, los líquidos más volátiles tienen una presión de vapor más alta por lo que este tipo de líquidos confinados en un recipiente cerrado mantendrán a la misma temperatura, una presión de vapor mayor a la de otros menos volátiles.
La presión de vapor en los líquidos también crece rápidamente al aumentar la temperatura. La relación entre la temperatura y la presión de vapor de las sustancias no es una línea recta, pero si se cumplirá siempre que para cada valor de temperatura habrá un valor fijo de presión de vapor, esto se explica con el aumento de energía que existe entre las moléculas al calentar la sustancia. En la gráfica 1 se observan presiones de vapor de tres sustancias diferentes, unas más volátiles que las otras, lo que
demuestra la influencia de la volatilidad de las sustancias en la presión de vapor.
Gráfica 1: Presión de vapor en función de la temperatura de éter, alcohol y agua.
MATERIALES Y MÉTODOS Materiales Probeta 10mL (1) Vaso de precipitados 1L (1) Vaso precipitado 150mL (1) Trípode (1) Malla de asbesto (1) Termómetro (1) Mechero (1) Agitador de vidrio (1) Métodos
Llenar la probeta con agua e introdúzcala invertida en el vaso de precipitados de 1 L que contiene agua, permitiendo que una muestra de aire de 2.2mL quede atrapada dentro de la probeta.
Añada suficiente agua al vaso de precipitados de 1 L de tal forma que el nivel en él cubra completamente a la probeta.
Calentar el sistema hasta que el agua contenida en el vaso de precipitados alcance una temperatura aproximada de 80°C, pero no permita que la burbuja de
aire atrapada en la probeta salga de su escala. Suspenda el calentamiento e inicie las lecturas de temperatura cada vez que el volumen disminuya 0.2 ml, agitando el agua del vaso de precipitados frecuentemente para evitar el gradiente térmico.
Realice las lecturas que considere necesarias para evaluar la presión de vapor.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la tabla se muestran los resultados obtenidos del enfriamiento en el procedimiento anterior, anotando la disminución de la temperatura hasta 50°C y el aumento del volumen en la probeta. T, °C Volumen (mL) 80 9.6 79 9.4 78 9.2 77.5 9.0 77 8.8 76,4 8.6 76 8.4 75.6 8.2 74.5 8.0 74 7.8 73.5 7.6 72 7.4 71 7.2 70 7.0 69 6.8 66 6.6 64 6.4 62 6.3 60 6.0 58 5.8 56 5.6 54 5.4 52 5.2 50 5.0 48 4.8 44 4.6 41 4.4 39 4.2 36 4.0 33 3.8 30 3.6
Tabla 1: Resultados de temperatura y volumen obtenidos.
Utilizamos la temperatura obtenida experimentalmente para hallar la presión del sistema, con ayuda de la ecuación de Antonie.
Ecuación 1
Donde A, B y C son coeficientes de Antonie.
Tabla 2: Coeficientes de Antonie
Se reemplaza cada temperatura obtenida experimentalmente en la ecuación 1 y se obtiene así la presión para cada una de ellas. T, °C P (mmHg) 80 354,5322655 79 340,3943064 78 326,7347363 77.5 321,5771034 77 313,5405617 76,4 305,8421359 76 300,7990412 75.6 295,8263697 74.5 282,5082286 74 276,6242422 73.5 270,8442319 Coeficientes A 8,07131 B 1730,63 C 233,426
72 254,1133586 71 243,4526419 70 233,1732906 69 223,2642609 66 195,6521392 64 178,9035524 62 163,3906107 60 149,0384192 58 135,7754738 56 123,5335748 54 112,2477396 52 101,856115 50 92,29988808 48 83,52319734 44 68,09919592 41 58,20320503 39 52,3177543 36 44,4542814 33 37,63440968 30 31,74016727
Tabla 3: Resultados de temperatura y presión.
Gráfica 2: Presión versus temperatura de los datos obtenidos.
Se observa entonces en la gráfica 2 de manera más apropiada, como la presión aumenta de forma exponencial a medida que aumenta la temperatura, en el caso de la práctica es inverso, se llega a una temperatura determinada de 80°C y su presión de claramente aumenta, pero a medida que procede el enfriamiento del sistema tanto la presión como la
temperatura disminuyen
progresivamente.
Para hallar el ∆Hvap del agua, calculamos el LnP y utilizamos la ecuación de Clausius-Clapegran.
[
]
Ecuación 2
Donde P1 y P2 son presiones del sistema en mmHg, T1 y T2 son temperaturas del sistema en K y R=1.987cal/mol*K LnP 1/T 2,549655766 0,00283286 2,531982287 0,00284091 2,514195308 0,002849 2,507285119 0,00285307 2,496293732 0,00285714 2,485497318 0,00286205 2,478276448 0,00286533 2,471036884 0,00286862 2,451031102 0,0028777 2,441890237 0,00288184 2,432719591 0,002886 2,405027496 0,00289855 2,386414492 0,00290698 2,367678802 0,00291545 2,348819209 0,00292398 2,291484601 0,00294985 2,252618964 0,00296736 2,213227096 0,00298507 2,173298236 0,003003 2,132821327 0,00302115 2,091785009 0,00303951 2,050177604 0,0030581 2,007987107 0,00307692 1,965201174 0,00309598 0 100 200 300 400 0 50 100 Pr e si ó n Temperatura
1,921807111 0,00311526 1,833141984 0,00315457 1,7649469 0,00318471 1,718649094 0,00320513 1,647913594 0,00323625 1,575585108 0,00326797 1,501609211 0,00330033
Tabla 4: Resultados obtenidos de LnP vs 1/T.
Gráfica 3: LnP versus 1/T de datos obtenidos.
Se halla la presión de vapor según la ecuación 2 y se obtiene: [ ]
El ΔHvap experimental es 10469.57cal/mol y el ΔHvap teórico del agua es de 539 kcal/Kg, al hacer la conversión de este último valor a cal/mol, nos da 9702cal/mol para el valor teórico, se halla entonces el porcentaje de error de la práctica con la siguiente ecuación:
Ecuación 3
A lo cual, comparando los resultados se obtuvo el porcentaje de error de la práctica.
El porcentaje de error de la práctica fue del 7.9%, un valor no tan alto, sin embargo, esta fracción de error pudo deberse a condiciones externas (algunas
impurezas), instrumentales o de
manipulación de los elementos.
Durante la práctica se evidencia como se puede establecer una relación entre la temperatura y la presión de vapor de una sustancia, en nuestro caso el agua, mediante el experimento realizado se
observó como la disminución de
temperatura en el sistema hace que la
presión disminuya a su vez,
comprobando que la presión de vapor de un líquido puro es función única de la temperatura de saturación, siendo esta una de las propiedades intensivas con la cual se relaciona de forma directa.
CONCLUSIONES
1. La cantidad de vapor de agua que puede absorber el aire depende de su temperatura. El aire caliente admite más vapor de agua que el frio, el vapor de agua tiene una densidad menor que el aire luego el aire húmedo es menos denso que el aire seco. Además las sustancias al
y = -5152.4x + 20.472 R² = 1 0 2 4 6 8 0.0028 0.003 0.0032 0.0034 Ln P 1/T
calentarse se dilatan, luego, tienen menor densidad.
2. La relación entre presión de vapor de un líquido como el agua y temperatura es exponencial, tanto en calentamiento como en enfriamiento de un sistema, evidenciando la proporcionalidad entre estas dos variables, para el caso de la práctica, a medida que la temperatura disminuye, disminuye su presión de vapor.
3. Siempre se cumplirá dentro del sistema que para cada valor de temperatura habrá un valor fijo de presión de vapor para cada líquido como se evidencian en las gráficas propuestas anteriormente.
BIBLIOGRAFÍA
1. Wayne E. Wentworth,S. Jules Ladner, Fundamentos de química fisica, Editoríal reverté S.A, Barcelona, 1975, pag. 103-108.
2. Wesley L., Fisicoquímica, Segunda edición, Mexico, 1987, pag. 289-295
