Presion de Vapor

PRESIÓN DE VAPOR 

PRESIÓN DE VAPOR 

1. OBJETIVOS.

1. OBJETIVOS.



 El objetivo del experimento consiste en estudiar la propiedad de los líquidos llamadaEl objetivo del experimento consiste en estudiar la propiedad de los líquidos llamada  presión de vapor saturado.

 presión de vapor saturado.



 DetermDeterminar el calor de vaporiinar el calor de vaporización de un líquidzación de un líquido puro(agua o puro(agua destidestilada) a partilada) a partir de sur de su  presión de vapor y la temperatura de ebullición mediante el método dinmico que con  presión de vapor y la temperatura de ebullición mediante el método dinmico que con sistesiste

en variar la temperatura y mantener la presión constante.

en variar la temperatura y mantener la presión constante. !a!ambién determinar el error delmbién determinar el error del calor de vaporización y

calor de vaporización y obtener la gr"ica ln # vs $%&.obtener la gr"ica ln # vs $%&.



 'btener la proporcionalidad de la presión de vapor saturado con la temperatura utilizando'btener la proporcionalidad de la presión de vapor saturado con la temperatura utilizando di

dicca a prpropopieiedadad d papara ra la la dedetetermrmininaciación ón de de nuenueststro ro objobjetetivivo o prprinincicipapal. l. *o*ompmprorobar bar  experimentalmente las propiedades del equilibrio liquido+vapor estudiadas en teoría.

experimentalmente las propiedades del equilibrio liquido+vapor estudiadas en teoría.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO.

,os calores latentes como es el caso de la entalpia de vaporización basan sus propiedades y ,os calores latentes como es el caso de la entalpia de vaporización basan sus propiedades y "undamentos en el equilibrio entre sus dos "ases pero a que nos re"erimos cuando ablamos de "undamentos en el equilibrio entre sus dos "ases pero a que nos re"erimos cuando ablamos de equilibrio. -asaremos nuestro anlisis en el siguiente principio

equilibrio. -asaremos nuestro anlisis en el siguiente principio

" Cuando una mues!a esa en

" Cuando una mues!a esa en

eu#$#%!#o& su 'oen(#a$ u)m#(o es un#*o!me& #nde'end#enemene de (uanas *ases +a,a

eu#$#%!#o& su 'oen(#a$ u)m#(o es un#*o!me& #nde'end#enemene de (uanas *ases +a,a

'!esenes"

'!esenes"

. El razonamiento se desarrolla de la siguiente "orma /i consideramos un sistema en. El razonamiento se desarrolla de la siguiente "orma /i consideramos un sistema en el cual el potencial químico no es uni"orme suponiendo que existe dos di"erentes "ases cuando el cual el potencial químico no es uni"orme suponiendo que existe dos di"erentes "ases cuando una cantidad de sustancia trans"iere un dn desde un punto a otro la "unción de 0ibbs cambia en una cantidad de sustancia trans"iere un dn desde un punto a otro la "unción de 0ibbs cambia en +mu($)dn en la primera etapa y en 1 mu(2)dn en la segunda. /i el potencial químico de la primera +mu($)dn en la primera etapa y en 1 mu(2)dn en la segunda. /i el potencial químico de la primera etapa es mayor que en la segunda la trans"erencia va acompa3ada de una disminución en la etapa es mayor que en la segunda la trans"erencia va acompa3ada de una disminución en la "u

"uncncióión n de de 0i0ibbbbs s yy  popor r coconsnsigiguiuienentete  titienene e ununa a tetendndenencicia a de de esespopontntananeieidadad. d. /o/olo lo sisi mu($)4mu(2) la "unción de 0ibbs no presentara cambio alguno sólo entonces el sistema se mu($)4mu(2) la "unción de 0ibbs no presentara cambio alguno sólo entonces el sistema se con

considsidera que esta enera que esta en

eu#$

eu#$#%!#o

#%!#o #ne!no

#ne!no

. El anlisis es valido tanto para la trans"erencia de. El anlisis es valido tanto para la trans"erencia de materia entre "ases di"erentes como cuando se produce entre di"erentes ubicaciones en una misma materia entre "ases di"erentes como cuando se produce entre di"erentes ubicaciones en una misma "ase. ,uego cuando un liquido y un sólido alcanzan el equilibrio el potencial químico es el "ase. ,uego cuando un liquido y un sólido alcanzan el equilibrio el potencial químico es el mismo en todo el liquido como

mismo en todo el liquido como también en todo el sólido.también en todo el sólido.

5na característica del potencial químico es la dependencia de la entropía en la variación del 5na característica del potencial químico es la dependencia de la entropía en la variación del  potencial respecto a la temperatura.

 potencial respecto a la temperatura.

Esto implica que a medida que se eleva la temperatura el potencial químico de una sustancia pura Esto implica que a medida que se eleva la temperatura el potencial químico de una sustancia pura disminuye esto debido a que la entropía molar siempre es positiva y la pendiente de la curva de disminuye esto debido a que la entropía molar siempre es positiva y la pendiente de la curva de una gr"ica potencial químico &s. temperatura ser negativa y mas pronunciada para los gases una gr"ica potencial químico &s. temperatura ser negativa y mas pronunciada para los gases qu

comparación con el valor del desorden que poseen los líquidos cuya pendiente también es mas  pronunciada que para los sólidos cuya razón es la misma que la explicada anteriormente.

5na "ase es termodinmicamente estable en el intervalo o de temperaturas en el cual tiene un  potencial químico menor que cualquier otra "ase. 6 bajas temperaturas la "ase sólida es estable  pero la pendiente mas negativa del potencial químico ace que se aga menor que el potencial

químico del sólido y así pasa a ser la "ase estable a una temperatura su"icientemente alta. /in embargo el potencial químico del vapor disminuye precipitadamente a medida que la temperatura aumenta y a una temperatura su"icientemente alta pasa a ser la "ase mas estable. ,a temperatura a al cual coexisten tanto sólido como liquido se conoce como la temperatura de "usión o de congelación. ,a temperatura a la cual coexisten tanto liquido como vapor es decir la temperatura a la cual estn en equilibrio estas dos "ases se conoce como la temperatura de ebullición o de condensación. 6 una presión de $ atm. se denomina punto de ebullición normal. 5n aumento de presión eleva el potencial químico y el aumento es mayor para gases que para líquidos ya que el volumen molar de un gas es mucísimo mayor que el volumen molar de un liquido. 6 la ecuación predice entonces que un aumento de presión genera un aumento levemente superior del potencial químico del gas con respecto al liquido y este con respecto al del sólido.

P!es#-n de a'o!

5na de las propiedades mas importantes de los líquidos es su presión de vapor saturado que caracteriza la capacidad del liquido a evaporarse. El movimiento térmico de las moléculas lleva a la separación de éstas de la super"icie del liquido y la transición acia la "ase gaseosa. /in embargo tal separación puede tener lugar solamente cuando la energía cinética de una molécula sea mayor que la energía de enlace entre moléculas del liquido. 5na parte de las moléculas que abandonan la super"icie del liquido vuelven a condensarse mientras que al mismo tiempo otras moléculas del liquido se encuentran evaporndose. De esta manera en la super"icie del liquido siempre ocurre simultneamente dos procesos la vaporización y la condensación. /i estos "enómenos se veri"ican en un espacio cerrado al "in y al cabo la velocidad de vaporización y la de condensación se acen iguales y entre las "ases liquida y gaseosa se establece un estado de equilibrio buscado. Entonces la presión que ejercen las moléculas de vapor que se encuentran en equilibrio dinmico con la "ase liquida sobre las paredes del recipiente y en la super"icie del liquido se conoce como presión de vapor saturado. Esta presión conocida mas usualmente solo como presión de vapor es proporcional a la temperatura.

/a *!one!a $#u#do0a'o!

,a entropía molar de vaporización a una temperatura ! es igual al cociente entre la entalpía de vaporización y la temperatura.

,a entalpía de vaporización es positiva y grande por lo que la pendiente es siempre positiva pero su valor es muco menor que para la "rontera sólido líquido. ,a pendiente de la curva aumenta con la presión porque el valor de la variación de los vol7menes molares de vaporización disminuye. Esta es la razón de la curva ascendente característica de la "rontera liquido+vapor de un diagrama #resión vs. !emperatura.

/i realizamos el mismo procedimiento y anlisis partiendo de la ecuación de *lapeyron para la "rontera /ólido+líquido (considerando que no se puede desapreciar ninguno de los vol7menes debido a que la di"erencia entre volumen es muy peque3a) y para la "rontera /ólido+&apor se tiene las mismas relaciones

Existe un punto en el cual las tres curvas se interceptan. 0eneralmente existe un determinado conjunto de condiciones en las cuales las "ases sólida liquida y vapor coexisten simultneamente en equilibrio y est dado por los valores de presión y temperatura a los cuales los tres potenciales

químicos son iguales. 6 este punto se lo conoce como

'uno !#'$e

. Es muy importante tener en

cuenta que la posición del punto triple de una sustancia pura esta completamente "uera de todo control es decir tiene lugar a valores de presión y temperatura 7nicos y de"inidos característicos de una sustancia. En el caso del agua el punto triple se encuentra ubicado a 289.$: ; y :.$$ mbar. (<.=> mm?g.). Estos son los 7nicos valores de presión y temperatura en los cuales las tres "ases del agua coexisten en equilibrio. Esta invarianza es la base del uso del punto triple en la de"inición en la escala ;elvin de temperatura ya que el punto de "usión de ésta est a solo @.@$ ;   por debajo de la temperatura del punto triple.

E*e(o de $a '!es#-n en $a '!es#-n de a'o!

En el anlisis precedente del equilibrio liquido+vapor se supuso implícitamente que los dos se encontraban con la misma presión p. /i por alg7n medio puede mantenerse el líquido con una  presión # y el vapor con una presión de vapor p entonces la presión de vapor depender de # del

líquido. /upongamos que el líquido esta envasado en un recipiente. En el espacio superior se encontrara el vapor y en el in"erior el líquido. /i al vapor se le introduce otro gas que es insoluble en el líquido la presión de vapor ms la presión del gas deber ser igual a la presión del líquido #.

. MATERIA/ES  REACTIVOS.

+ Aatraz de *laissen de dos bocas de =@@ ml.

+ *alentador con camisa.

+ Be"rigerante recto. + -omba de vacío. + /oporte universal. + #inzas. + !ermómetro de C$@ a $@@ *. + Aangueras de presión. + !apones de ule. + #erlas de ebullición. + -otellón. + #lastilina.

3. PROCEDIMIENTO E4PERIMENTA/.

+ 6segurarse que el bulbo del termómetro quede a la altura de la medida de salida del

re"rigerante.

+ *olocar en el matraz de *laisssen de 2=@ ml de agua destilada y las perlas de ebullición las cuales act7an como centros de nucleación para evitar el sobrecalentamiento.

+ &er"icar que corra agua libremente por el re"rigerante.

+ Aediante la bomba de vació crear un vacío no mayor a $2@ mm?g.

+ ,a presión en el sistema debe mantenerse constante (si aumenta la presión es que ay

"ugas de gas y estas deben eliminarse).

+ *alentar el líquido asta ebullición cuando la temperatura permanezca constante

anotarla junto a su presión.

+ 6umentar la presión en el sistema abriendo la llave de paso de vacío.

+ *alentar nuevamente el líquido asta ebullición y anotar # y ! de ebullición como en

el caso anterior.

+ Bepetir estas operaciones aumentando la presión $@ mm?g cada vez y anotar la # y

! de ebullición asta llegar a la presión atmos"érica.

5. C6/CU/OS.

N

7

o

_C8

_+7mm+98

1

9=@> 82

2

9=<: =<



9=:$ <<

3

9=8$ 92

5

9=>: 2<

:

9=< 22

;

9:@$ $<

<

9:$< @

1.0 Co!!e9#! de $as $e(u!as de em'e!au!a de%#da a $a 'a!e de$ e!m-me!o ue esa *ue!a

de$ s#sema.

R.0

Esta parte no "ue necesaria en nuestro experimento debido a que utilizamos un termómetro de

2.0 Co!!e9#! $as $e(u!as %a!om=!#(as , (a$(u$a! $as '!es#ones a%so$uas.

#ara corregir estas lecturas se necesita la siguiente ecuación

P

(

 > P

a%s

?1 0 1&< @ 1

03

  T

am%



Donde

#o 4 #resión observada.

#c 4 #resión corregida.

#ero

P

a%s > <= mm?g + #o

#abs 4 #resión absoluta.

#atm 4 #resión atmos"érica.

*on nuestros datos allamos

#abs$ 4 <= C 82 4 <29 mm ?g #abs2 4 <= C =< 4 <<$ mm ?g #abs9 4 <= C << 4 <=$ mm ?g #abs< 4 <= C 92 4 <:9 mm ?g #abs= 4 <= C 2< 4 <8$ mm ?g #abs: 4 <= C 22 4 <89 mm ?g #abs8 4 <= + $: 4 <>$ mm ?g #abs> 4 #atm 4 <= mm ?g

Entonces la presión corregida ser

N

P ?a%so$ua

P ?(o!!e9#da

1

<29 <2$

2

<<$ <9=



<=$ <<9

3

<:9 <:$@

5

<8$ <:>>

:

<89 <8$>>

;

<>$ <8>:

<

<= <9>2

. !a*#(a! P s T.

3.0E$#a (onen#enemene un 'uno de $a (u!a ?PsT , !a(e una an9ene 'o! e$ a 'a!#!

de$ a$o! dPdT as) o%en#do de $a 'end#ene , $os (o!!es'ond#enes a$o!es de P , T (a$(u$e

un (a$o! de G med#ane $a e(ua(#-n 5.1.

d# % d! 4 m 4∆_{?v #}

B !F

En el gr"ico trazamos una recta tangente a un punto cualquiera y luego allamos los siguientes datos

∆_{# 4 <:$@C <<94 $$.8}

∆_{! 4 9=8$C 9=:$4 $}

Encontramos la pendiente es igual a ∆_#%∆_!

m 4 tg α ₄∆_#%∆_!

m

>

 $$.8

6dems B 4 $>8 cal %; mol.

B!F #

∆ _{?v 4 $$.8 G $.>8 G (9=8.$)}2

<:$.@

cal%mol

5.0 !a*#(a! $n P s. 1T , ausa! $a !e(a !esu$ane 'o! e$ m=odo de $os m)n#mos

(uad!ados.

7

o

_C8

_P7mm+98

_1

_$nP

9=@> <2$ @@@2>=@:9 :@<<>$:2 9=<: <9= @@@2>2@@> :@>:::$@> 9=:$ <<9 @@@2>@>2 :$@@2@2 9=8$ <:$ @@@2>@@9< :$9=9<><2 9=>: <:>> @@@28>>:2 :$=2<889< 9=< <8$>> @@@28>2<2 :$=:82<82 9:@$ <8>: @@@2888@$ :$89<<9 9:$< <9>2 @@@28:8@2 :2@2$8$@>

6justando por mínimos cuadrados obtenemos 

,n # 4 * 1 (+ ∆_{?v%B) H $%!} Donde I 4 6 1 -x El valor de 6 6 4 $$.928 El valor de - - 4 + $>==.: 0r"ica

 > 11.2; 0 1<55.:4

?v 4 :=::9<

:.0 Dee!m#na! e$ (a$o! de a'o!#Ha(#-n a 'a!#! de $a !e(a ausada

,n # 4 * 1 (+ ∆_{?v%B) H $%!}

(+∆_{?v%B) 4}

-Entonces ∆_{?v4 $>==.: x ($.>8)}

Jinalmente tenemos

;.0 Ae!#9ua! s# e$ $)u#do s#9ue $a !e9$a de T!ouon .

,a regla de !routon nos dice que una amplia gama de líquidos presentan aproximadamente la misma entropia molar de vaporización valor alrededor de >= ; K%mol ésto debido a que se genera una cantidad comparable de desorden al evaporar la misma cantidad de moléculas del liquido. /eg7n los clculos anteriores los valores obtenidos para el agua y el alcool estn muy lejos del valor teórico. #or lo que el agua y el alcool son líquidos que no cumplen con la ley de !routon. Esta desviación se debe a que líquidos como el agua los alcooles y sustancias con temperaturas de ebullición de $=@ ; o menoresL poseen una propiedad en su estructura que evita que dica regla se cumpla por ejemplo en nuestro liquido (agua) el gran cambio de entropia observado re"leja la presencia de puentes de idrógeno en él que tienden a organizar las moléculas de una "orma menos aleatoria que por ejemplo el sul"uro de idrógeno sustancia que sigue per"ectamente dica regla.

<.0 Ca$(u$a! $a ena$')a de a'o!#Ha(#-n en $a (#udad de /a PaH , a n#e$ de$ ma! (on $as

G > :<;.;; 7(a$mo$8

s#9u#enes e(ua(#ones C$a'e,!on& R#ede$& ason , mode$o !edu(#do.

a C/APERON

,n # 4 +∆_{?%r 1 *}

A n#e$ de$ ma!

#ara calcular el valor de la entalpía se reemplazar el valor de la entalpía estndar a $@@ °_{* y 8:@}

mm?g. que es 8$8@$82 *al%mol. *4 $$.99 Despejando ∆_?

(

 LnP  C 

)

-RT  =  H v − ∆ !enemos

G



 > 3<.5 (a$mo$

En /a PaH

*omparando las condiciones con las de ,a #az

 ) T  1 -T  1 (   R  )  P   P  (  =  H  1 2 2 1 v ln ∆ Donde #$ 4 <:$.@ mm?g !$4 9=8.$°; #2 4 <<.9 mm?g !24 9=:.$°;  Entonces

G



 > ::3.2 (a$mo$

% R#ede$.

T  T  = T   ) T  -(0.93 T   R 1.013) - P  1.092(  =  H  c eb r  r  eb c v ln ∆

!c4 :<8.$=°;.

#c 4 2$8.82 atm.

!r$ 4 @.=88 a nivel del mar .

!r2 4 @.==> a nivel de ,a #az.

a nivel del mar

G



 > ;.5 (a$mo$

a nivel de ,a #az

( ason.

 )  ) 2 T  -(1  ) T  -(1 (   H  =  H  -0.38 r  r1 v v  M  ◊ ∆ ∆

si se toma los valores standard de∆_?v◊ _{valor que toma Natson como 8@@ cal%mol}

!r$ 4 @.=88 a nivel del mar .

!r2 4 @.==> a nivel de ,a #az.

 para el valor de entalpía standard de Natson

 para el valor de entalpía de tablas a nivel del mar es de 8$8.@$82 cal%mol 

G



 > :33.<; (a$mo$

G



 > <:.13 (a$mo$

.0 Ca$(u$a! e$ e!!o! !e$a#o de$ (a$o! de a'o!#Ha(#-n o%en#do en *o!ma e@'e!#mena$

!es'e(o a$ a$o! %#%$#o9!a*#(o

EO 4 !eórico+ Experimental   !eórico

+ #ara el resultado obtenido con el ajuste por mínimos cuadrados tenemos EO 4 $8$> C >>@.:$> x $@@

$8$>

EK > .:; K

CONC/USIONESL

6l parecer la prctica dentro del laboratorio se realizó con"orme a los objetivos propuestos al inicio de la experiencia pudiendo comprobar experimentalmente la veracidad de las "ormulas y "undamentos estudiados en teoría sobre la presión de vapor y la entalpía de ebullición. /e logro comprobar que la ebullición del agua en ,a #az se realiza a una temperatura por debajo de la establecida en los libros a nivel del mar así mismo se comprobó que la entalpía de ebullición a nivel del mar es menor a la entalpía encontrada a la altura de ,a #az veri"icndose la necesidad de mayor energía para la realización de este proceso a bajas presiones y temperaturas.

En conclusión observando lo realizado en laboratorio y los clculos y errores obtenidosL la experiencia gozo de buena precisión a pesar de la di"icultad de poder medir la temperatura exacta en el termómetro utilizado el cual presentaba una incertidumbre de $ grado teniendo que decidir el grupo utilizar la técnica del redondeo es decir si el nivel de mercurio esta por el medio entre las dos divisiones de los grados asumir que es la mitad y de la misma "orma para los otros casos.