Determinación de la presión de un líquido puro

2. Objetivos
3. Introducción
   teórica
4. Variación de la
   presión de vapor con la temperatura
6. Punto de
   ebullición
7. Cuestionario
8. Conclusiones
9. Bibliografía

OBJETIVOS

• Determinar experimentalmente la presión de
  vapor de los líquidos puros a distintas temperaturas de
  ebullición, modificando la presión del sistema.
• Determinar la relación existente entre la
  presión de vapor y la temperatura
  de los líquidos puros.

INTRODUCCIÓN
TEÓRICA

LA PRESIÓN DE VAPOR DE LOS
LÍQUIDOS

Esta presión es conocida como presión
saturada de vapor del liquido correspondiente. Para un liquido
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 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.

VARIACIÓN
DE LA PRESIÓN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA

La presión de vapor de un liquido, es constante a
una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura
hasta el punto critico del liquido. Cuando se aumenta la
temperatura es aumentada o mayor la porción de
moléculas, estas toman la energía necesaria para
hacer el cambio de
liquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor
presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el
liquido. Hay un acensuó lento a bajas temperaturas, y
luego uno muy rápido como puede observarse como aumento de
la pendiente de las curvas. 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 liquido, y V1 = V
l el volumen del
liquido, mientras que V2 = V g es el volumen del mismo
pero de vapor. En consecuencia, para la vaporización la
ecuación de Clausius-Clapeyron puede escribirse
así:

A temperatura no muy próxima a la critica V
l es muy pequeña comparada con V g y puede
despreciarse. Así a 100ºC, Vg del agua es 1671cc por
gramo, mientras que Vi es solo 1.04 cc por gramo. Ademas si
suponemos que el vapor se comporta esencialmente como un gas
ideal, entonces Vg por mol viene dada por V g = RT/ P y la
ecuación anterior se transforma en :

Esta ecuación es conocida como ecuación de
Clausius-Clapeyron.

Integrando esta nos queda de la siguiente
forma:

Log10 P = –
D Hv /
2.303 R ( 1/ T ) + C

Además comparamos la ecuación con la de
una línea recta y = mx + b, sugiere que si
Log10 P para un liquido se gráfica contra 1 /
T, entonces la gráfica debe ser una línea recta con
:

PENDIENTE

m = (- D Hv / 2.303 R)

INTERSECCION

b = C

De las pendientes de las lineas, se deducen los calores
de vaporización de diversos líquidos,
así:

pendiente = m = – D Hv / 2.303
R y por lo tanto D Hv = – 2.303 R m = – 4.576m
cal mol-1

La grafica anterior nos muestra el
comportamiento
de la ecuación de Clausius-Clapeyron.

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

Para la realización de este experimento
utilizamos el siguiente material.

MATERIAL:

• Recipiente de ebullición.
• Mechero.
• Termómetro de 0°C-100°C.
• Refrigerante Recto o Equivalente.
• Frasco de 2 a 3 lts de pared gruesa y de boca
  ancha.
• Tubo en U como manómetro.
• Matraz de dos bocas.
• Mercurio para manómetro.
• Bomba de vacío.
• 2 Vasos de precipitados.

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

Para la realización del experimento, fue regido
por los siguientes pasos, cabe mencionar que el equipo es de
mucha delicadeza, por lo cual tuvimos bastante
cuidado.

• Se coloco el aparato en la mesa de trabajo,
  cabe mencionar que este en su mayoría ya viene
  instalado.
• Llenamos el matraz de dos bocas en una cuarta a media
  parte de la capacidad de mismo, el liquido de estudio fue agua
  destilada.
• Se verifico de manera prudente que el equipo de
  trabajo en todas sus áreas, dado que este puede
  presentar fugas, lo hicimos conectando la bomba de vacío
  y abriendo la llave y cerrando la válvula de venteo,
  para que la presión se mantenga constante.
• Fijamos la bomba de vacío controlándolo con la válvula de
  venteo, la presión que obtuvimos fue de 40mm de
  Mercurio.
• Al verificar la presión necesaria, y que en el
  equipo no hubiera fugas, calentamos el agua destilada, con las
  presiones y temperaturas iniciales, el calentamiento fue de
  manera constante lo cual nos permitió una
  ebullición moderada.
• Anotamos la temperatura de ebullición del
  líquido, y así de manera simultanea registramos
  las lecturas entre las dos ramas del manómetro, cabe
  mencionar que las lecturas las registramos cuando permaneciera
  constante.
• Al terminar de registrar los datos
  anteriores, modificamos la presión del sistema abriendo
  lentamente la válvula de venteo, hasta establecer una
  presión, la cual variamos de 1.5cm a 2cm
  aproximadamente, cabe mencionar que en cada lectura
  registrada, se registro de
  igual manera su temperatura cuando el líquido bulle en
  las diferentes lecturas.
• La operación anterior se efectuó las
  veces necesarias hasta que la diferencia de las lecturas en el
  manómetro se igualo, o bien hasta que sea igual a 0,
  esto quiere decir que la presión absoluta del sistema
  sea igual a la presión atmosférica.
• Acabando de registrar las lecturas, apagamos la bomba
  de vacío.
• Después de que acabamos el experimento,
  lavamos el equipo, dejándolo en condiciones de uso para
  otro experimento.

Al realizar el experimento, registramos los siguientes
datos, los cuales se presentan en la siguiente tabla, para hacer
los cálculos los hicimos de la siguiente manera, par que
la unidades sean iguales.

PABSOLUTA = PATMOSFERICA –
PVACIO

PATM = 585 mmHg

PVACIO = Es la leída en el
manómetro.

D h =
mmHg

De acuerdo a los datos, la temperatura fue tomada en
grados °C, ya que el termómetro esta en esa escala de
medición de temperatura, por lo tanto se
tiene que convertir a grados °K; cabe mencionar que los datos
delas presiones que obtuvimos inicialmente estaban dadas en cm,
entonces realizamos la conversión de todos los datos
obtenidos quedando de la siguiente manera.

CUESTIONARIO:

• Construir la grafica de presión (mmHg) contra
  temperatura absoluta (°K).

• Construir la grafica de lnP contra temperatura
  absoluta.

• Construir la grafica de ln P contra

• Determinar el valor de la entalpía de
  vaporización (D Hv).

Para determinar la entalpía, se deduce de la
formula de la pendiente; aplicando la siguiente ecuación
:

Y = m x +
b………..pendiente

ln P = – A/ T +
B…..entalpía

Donde sabemos que:

A =

D
Hv = Entalpía de
vaporización en unidades de cal / mol

Esto es la energía necesaria para convertir un
liquido a vapor o el calor necesario para pasar de liquido a
vapor.

R = (Cte.) 1.987 cal / mol

Aplicando una regresión
lineal a los datos antes establecidos para poder
determinar los valores de
las variables A y B respectivamente tenemos la
siguiente tabla:

Por lo tanto por el método de
mínimos cuadrados tenemos lo siguiente:

Y = m x + b

Calculo de Variables por mínimos
cuadrados: (Ecuaciones
simultaneas).

Sustituyendo los valores correspondientes tenemos 2
ecuaciones:

Multiplicando la ecuación 1 por
(-355,0295858)

Sumamos ecuación 1 y 2 tenemos:

Entonces queda:

Sustituyendo en ecuación 1 queda:

Entonces los valores de las variables m y
b son:

m = – 4780,443447

b = 19.3181929

A =

Donde :

A = – ( – 4780,443447 )

A = 4780,443447

D Hv =
(A)(R)
D Hv
= (5049.4889)(1.987)

D
Hv = 9498,410035 cal / mol

• Comparar los valores obtenidos gráficamente de
  presión de vapor, con los reportados en la literatura.

De acuerdo a los valores que se encuentran el manual hacemos la
comparación correspondiente, graficando los valores
obtenidos experimentalmente y los valores reportados del
manual.

Para ver la tabla seleccione la
opción "Descargar" del menú superior

Comparando los valores de las entalpías
experimental y teórica tenemos:

D
Hv = 9498,410035 cal / mol
(experimental)

D
Hv = 9715,58 cal / mol
(teórica)

• Determine el porcentaje de error entre el valor
  (D
  Hv) experimental y el
  reportado en la literatura.

Error Relativo = 2,234%

CONCLUSIONES:

En la elaboración de este experimento estudiamos
otro aspecto mas de los líquidos, cabe mencionar que en el
la practica anterior estudiamos las propiedades de los
líquidos; principalmente la determinación de la
viscosidad y
la tensión superficial, ahora entonces estudiamos la
presión de vapor de un liquido puro, donde se ven
relacionadas implícitamente las características
anteriores. Es preciso mencionar que la presión de un
liquido será diferente por las características
antes mencionadas, además se comprobó que los
líquidos tienen un punto critico, o bien donde el vapor
hierve y su presión también se hace critica, es
decir permanecen constantes y, comprendimos que a la cantidad
energía necesaria para cambiar de un estado liquido a
vapor se le llama entalpía de
vaporización.

BIBLIOGRAFÍA.

FUNDAMENTOS DE FISICOQUÍMICA, ED. LIMUSA, AUTOR:
SAMUEL H. MARON; PÁG. 56,221,283.

http://www.elprisma.com/quimica-general/presionliqu-%=

Aarón Hernandez