Presión de vapor de los líquidos

Temperatura. Ecuación de Clausius-Clapeyron. Calor de vaporización

  • Enviado por: Andrés Restrepo
  • Idioma: castellano
  • País: Colombia Colombia
  • 14 páginas
publicidad
publicidad

OBJETIVOS

  • Observar la diferencia entre las presiones de vapor ejercidas por diferentes sustancias.

  • Examinar el aumento en la presión de vapor de un líquido según el cambio e temperatura.

  • Determinar la presión de vapor de un líquido puro a diferentes temperaturas.

  • Calcular el calor de vaporización empleando la ecuación de Clasius-Clapeyron.

  • Comprobar que un líquido problema cumple la ecuación de Clasius-Clapeyron a partir de un gráfico de Ln P Vs (1/T).

  • Calcular el calor de vaporización de un líquido que cumple la ecuación de Clasius-Clapeyron.

  • DATOS Y OBSERVACIONES

    Durante la práctica de laboratorio estuvimos trabajando con un ISOTENISCOPIO, el cual constaba con un bulbo (A) en el que se introducía la muestra hasta mas o menos la mitad y un manómetro en forma de “U” en cuyos extremos hay dos bulbos, los cuales contienen también parte del líquido problema. Los bulbos estaban conectados a un condensador

    El manómetro nos permitió saber cuando la presión del bulbo (A) era igual a la presión del sistema. En el experimento es necesario modificar la presión del sistema conectando una rudimentaria bomba de vacío controlada por una llave de triple paso.

    Tabla de datos experimentales recogida durante la práctica:

    Temperatura en Kº

    ("H) Altura (mm.)

    346

    0

    344

    58

    342

    88

    341

    104

    340

    122

    340

    136

    338

    176

    338

    184

    337

    196

    337

    210

    CALCULOS Y RESULTADOS

  • Determinar la presión del líquido a las diferentes temperaturas:

  • La presión barométrica de Medellín es aproximadamente de 640.00 mmHg; entonces para la primera lectura en el laboratorio

    Presion de Vapor = 640.00 mmHg - 0.0 mmHg = 640.00 mmHg

    Y asi sucesivamente se van calculando cada una de las presiones de vapor que se muestran en la siguiente tabla:

    Temperatura en Kº

    Presión en mmHg

    346

    640

    344

    582

    342

    552

    341

    563

    340

    518

    340

    504

    338

    468

    338

    456

    337

    444

    337

    430

  • Elaborar una tabla que contenga los siguientes datos: Temperatura en Kº, 1/T, Presión en mmHg y Ln P.

  • Temperatura en Kº

    1/T

    Presión en mmHg

    Ln P

    346

    2.89*10-3

    640

    6.46

    344

    2.91*10-3

    582

    6.37

    342

    2.92*10-3

    552

    6.31

    341

    2.93*10-3

    563

    6.33

    340

    2.94 *10-3

    518

    6.25

    340

    2.94 *10-3

    504

    6.22

    338

    2.96 *10-3

    468

    6.15

    338

    2.96 *10-3

    456

    6.12

    337

    2.97*10-3

    444

    6.09

    337

    2.97*10-3

    430

    6.06

  • Comprobar que el líquido problema cumple al ecuación de Clasius-Clapeyron realizando una gráfica de Ln P Vs 1/T.

  • La ecuación de Clasius-Clapeyron es:

  • (d Ln P)/dt = "Hv * (dt)/(RT^2)

    Ya integrada:

    Ln P = (-("Hv)/RT)+C

    Que es una ecuación de una línea recta al graficar Ln P Vs 1/T con Pendiente Negativa que es igual a (-("Hv)/R) y c que es el intercepto.

    La gráfica realizada con nuestros datos dio como resultado la siguiente ecuación:

    Y= -4829*X + 20.428

    Donde Ln P: Eje Y (1/T): Eje X

    Igualando la pendiente de la ecuacion de clasius-Clapeyron y la obtenida con nuestros datos, podemos hallar el calor de vaporización, despejándolo de la ecuación:

    Pend.= -4829 ºK (Estas unidades deben ser en ºK porque (1/T)=(1/K)

    R= (1.98 cal)/(mol*ºK)

    Pend= (-("Hv)/R)

    -4829ºK = (-("Hv)/ (1.98 cal)/(mol*ºK))

    ("Hv) = 9561.42 (cal/mol)

  • Calcular el porcentaje de error en el calculo del calor de vaporización del líquido problema, consultando su valor teórico. Explique las posibles causas de error.

  • Los liquidos problema propuestos en la práctica son: La acetona, el metanol y el etanol. Sus valores teóricos del calor de vaporización de éstos son:

    Acetona: 7641.5 (cal/mol)

    Metanol: 8978.8 (cal/mol)

    Etanol: 9673.9 (cal/mol)

    El valor obtenido en la práctica para el calor de vaporización se acerca al valor teorico de etanol. Por lo tanto se concluye que el líquido problema de la práctica es el etanol.

    Asumiendo éste resultado, hallamos el siguiente porcentaje de error:

    %de error = (((9673.9 (cal/mol)) - (9561.42 (cal/mol)))/ (9673.9 (cal/mol))) * 100

    % de error = 1.16%

    este error pudo ser causado por las siguientes razones:

  • Imprecisiones al observar la Temperatura en el termómetro.

  • Imprecisión al tomar las medidas en el barómetro.

  • En algunos momento el líquido problema comenzó a burbujear en el sentido contrario al debido (del bulbo A hacia el bulbo B) por lo que hubo que esperar hasta que se estabilizara, mientras que la temperatura seguía disminuyendo.

  • ANÁLISIS DE CÁLCULOS Y RESULTADOS

    Como se observa en la realización de los cálculos, estos dependen de los valores de temperatura y de las diferencias de altura en el mercurio medidos durante la práctica de laboratorio. Si estos datos no fueron tomados con suficiente precisión, los resultados obtenidos en los cálculos no serán muy precisos. A partir de estos datos se deben calcular la presión de vapor a diferentes temperaturas y además se debe completar un cuadro que incluya la temperatura, la presión de vapor, el inverso de la temperatura (1/T) y el logaritmo natural de la presión de vapor (la temperatura y la presión debían estar en K y mmHg respectivamente). A partir de estos datos se construyó un gráfico de 1/T vs. Ln P. Los datos obtenidos no quedaban todos representados por una línea recta, pero se observó que tendían a ella, por lo que se trazó una línea de dispersión mediante el programa Excel. El mismo programa suministró una ecuación para la recta, de la cual se obtuvo el valor de la pendiente (que era negativa), el cual se utilizó para calcular el calor de vaporización de la muestra problema, mediante la siguiente ecuación:

    m = -"Hvap. / R

    donde m es la pendiente de la recta y R la constante de los gases. Con este valor experimental del calor de vaporización para la muestra problema, procedimos a compararlo con los valores teóricos del calor de vaporización del metanol, etanol y acetona, posibles muestras problemas. El valor que más se aproximó fue el del metanol, con el cual se obtuvo un menor porcentaje de error que con la acetona, la cual también tuvo un valor aproximado al obtenido durante la práctica. Por lo tanto, asumimos que la muestra problema era metanol, con un porcentaje de error para el valor de su calor de vaporización de 1.16%. Este porcentaje de error pudo deberse a una de las siguientes causas de error:

    • En varias ocasiones la muestra problema comenzó a burbujear en sentido del manómetro B al bulbo portamuestra A, por lo que hubo que esperar a que este se estabilizara nuevamente, mientras que la temperatura seguía disminuyendo.

    • Es posible que existieran impresisiones en el ojo humano y en la persona que marcaba la posición del mercurio

    • Las lecturas de la temperatura pudieron no ser muy precisas debido a fallas del ojo.

    SOLUCIÓN AL CUESTIONARIO

  • Explicar con éste mismo equipo, de que otra forma se podría hallar la presión de vapor del liquido problema.

  • R./ Para hallar la presión se utiliza el mismo equipo y el mismo montaje, pero dejando el manómetro con un brazo a la atmósfera y el otro conectado al sistema. Se utiliza un volumen determinado del líquido problema. Se calienta igual que en la práctica hasta notar un cambio en la temperatura de 2ºC aproximadamente, se observa la diferencia de altura en el manómetro realizando éste proceso varias veces. Este procedimiento no se puede utilizar la presión de líquidos que se acercan a temperaturas críticas y son de alto peso molecular, pues éstos necesitan un proceso especial.

  • Cómo se define el punto de ebullición de un líquido?

  • R./ El punto de ebullición de un líquido a una presión dada es la temperatura a la que la presión de vapor de equilibrio se iguala a la presión dada. El punto de ebullición normal, es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido, es 1 atmósfera.

  • Por qué en una olla a presión, los alimentos se cuecen más rápidamente que en una olla corriente?

  • R./ La estufa brinda calor a los alimentos, en una olla común, el vapor se sale y asi no se aprovecha. Por el contrario la olla a presión tiene un cierre hermético y no hay forma de que el vapor se salga. El vapor de la olla aumenta la presión y asi la temperatura y los alimentos reciben calor de la estufa y de la olla debido a la alta presión de vapor que se crea en su interior.

  • Relacione los hechos observados en ésta práctica con la necesidad que tienen los astronautas de presurizar sus trajes espaciales?

  • R./ En el espacio no existe presión, por lo tanto la presión corporal es mayor que la presión externa. Al exponer el cuerpo a la presión del espacio éste sería succionado y los órganos podrían explotar, por eso los astronautas tienen que presurizar los trajes para tratar de igualar las presiones del cuerpo y del espacio asi evitando los posibles daños producidos por los cambios de presión.

    6.) Explicar en que consiste la destilación a presión reducida?

    R./ La presión reducida es el cociente entre la presión y la presión a condiciones críticas. Dentro de la destilación, esta presión reducida permite observar el efecto de la presión sobre la entalpía.

    Presión Reducida = (Presión de la sustancia) / (presión crítica)

    La destilación a presión reducida se emplea con los hidrocarburos, a los que es necesario conocerles su grado de fugacidad, que esta determinado por una constante K que esta definida para las condiciones en equilibrio como:

    y = Kx

    Estos valores de K se encuentran tabulados para ciertos hidrocarburos, entre ellos el metano, que gráficamente son valores de K en función de la temperatura, para varias presiones. Este valor de K se desarrolla de una forma exponencial.

    Al momento de aumentar la presión, disminuyen las composiciones del vapor y el líquido.

    En general, la destilación a presión reducida se emplea para aquellas sustancias en las que se necesita reconocer las limitaciones de la presión a la que hay que realizar la separación de ciertos constituyentes dados en los procesos de destilación.


  • CONCLUSIONES

    Para que los datos de la gráficacumplan la ecuación de Clasius-Clapeyron, es necesario que de cómo resultado una línea recta de pendiente negativa.

    Se observó que al aumentar la temperatura de un líquido, ésta varía de forma directamente proporcional en relación a la presión de vapor de dicho líquido.

    A partir de la ecuación de Clausius-Clapeyron se puede calcular el calor de vaporización de un líquido mediante la ecuación m = -Hvap. / R.

    Una manera diferente a la utilizada durante la práctica de laboratorio de obtener la presión de vapor de un líquido usando el isotenescopio es realizando el mismo montaje y observar los cambios en las ramas del manómetro de mercurio, cada que se presenten cambios en la temperatura de aproximadamente 2°C.

    El punto de ebullición de un líquido a una presión dada P, es la temperatura a la que la presión de vapor de equilibrio se iguala a la presión P.

    BIBLIOGRAFÍA

    • CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoquímica, segunda edición. México: Fondo Educativo

    Interamericano S.A., 1974. Pág. 785.

    • DILLARD, Clyde y GOLDBERG, David. Química : reacciones, estructuras, propiedades. México: Fondo Educativo Interamericano S.A., 1977. Pág. 414-415.

    • WHITTEN, Kenneth y GAILEY, Kenneth. Química General. México: Editorial Interamericana, 1985. Pág. 235.