TABLA DE CONTENIDO

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TABLA DE CONTENIDO

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1. Resumen 12. Introduccin 2 3. Principios tericos 3 4. Detalles experimentales 65. Tabulacin de datos y resultados experimentales 76. Ejemplo de clculos 107. Anlisis y discusin de resultados 128. Conclusiones y recomendaciones 139. Bibliografa 1410. Apndice 15 Cuestionario 15 Grficos 171. RESUMEN

La presente prctica experimental se realizo con la finalidad de determinar la presin de vapor del agua a distintas temperaturas por debajo de su punto de ebullicin, as mismo determinar el calor latente de vaporizacin, demostrando que permanece casi constante para determinados intervalos de temperatura. Para este fin se empleo el mtodo esttico, siendo las condiciones del ambiente 24 (C, a 756 mmHg de presin y 93 % de humedad relativa. Las presiones de vapor as obtenidos disminuyan a medida que disminuya esta; el calor latente de vaporizacin tuvo una ligera desviacin a medida que se disminuyen la temperatura, esto al ser determinados por la ecuacin de Clapeyron Clausius de par de puntos obtenindose un 13.5 % de error; mientras que el valor obtenido a partir de la grfica se obtuvo un error de 13.2 %.

En conclusin el calor latente de vaporizacin no permanece constante experimentalmente para intervalos altos de temperatura, por lo se recomienda realizar las medidas con alta precisin.

2. INTRODUCCIN

La presin de vapor o ms comnmente presin de saturacin es la presin a la que a cada temperatura la fase lquida y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de lquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situacin de equilibrio, las fases reciben la denominacin de lquido saturado y vapor saturado.

Temperatura constante; si introducimos una cierta cantidad de lquido en su interior ste Imaginemos una ampolla de cristal en la que se ha realizado el vaco y que se mantiene a una se evaporar rpidamente al principio hasta que se alcance el equilibrio entre ambas fases.

Las molculas de la superficie del lquido que tengan una mayor energa escaparn de la superficie pasando a la fase vapor (evaporacin) mientras que las molculas del vapor chocarn con las paredes de la ampolla y entre s perdiendo energa y cayendo al lquido (condensacin).

Inicialmente slo se produce la evaporacin ya que no hay vapor; sin embargo a medida que la cantidad de vapor aumenta y por tanto la presin en el interior de la ampolla, se va incrementando tambin la velocidad de condensacin, hasta que transcurrido un cierto tiempo ambas velocidades se igualan. Llegados a este punto se habr alcanzado la presin mxima posible en la ampolla (presin de vapor o de saturacin) que no podr superarse salvo que se incremente la temperatura.

El equilibrio se alcanzar ms rpidamente cuanta mayor sea la superficie de contacto entre el lquido y el vapor, pues as se favorece la evaporacin del lquido; del mismo modo que un charco de agua extenso pero de poca profundidad se seca ms rpido que uno ms pequeo pero de mayor profundidad que contenga igual cantidad de agua. Sin embargo, el equilibrio se alcanza en ambos casos para igual presin. 3. PRINCIPIOS TERICOS

3.1 TENSION DE VAPOR DE LOS LIQUIDOS

De acuerdo con la teora cintica de los gases hay una continua huida de molculas de la superficie del liquido al espacio libre que se encuentra por encima de el; al mismo tiempo, molculas de vapor vuelven a la superficie del liquido a una proporcin dependiente de la concentracin del vapor. La presin ejercida por el vapor que se halla en equilibrio con el liquido es conocido como la tensin de vapor. Para cada temperatura por debajo de la temperatura crtica, hay una cierta temperatura a la cual el vapor y el lquido pueden existir en equilibrio, en todas proporciones, esa temperatura es el punto de ebullicin normal del lquido.

3.2 CALOR DE VAPORIZACIN ((Hv)

La conversin de un lquido a vapor a la temperatura de ebullicin se efecta mediante un calentamiento continuo del lquido, una vez que se ha alcanzado la temperatura de ebullicin. En otras palabras, se debe suministrar energa, no solo para subir la temperatura del lquido hasta el punto de ebullicin, sino tambin para efectuar el cambio de estado. Una de las cosas que hace esta energa es proporcionarles a las molculas que se estn evaporando las velocidades extras necesarias para desligarse de las fuerzas de atraccin que ejercen las molculas en el seno del lquido. Este calor que se suministra a la temperatura de ebullicin para efectuar la evaporacin se conoce como calor de evaporacin.

3.3 VAPOR SATURADO

El vapor que se encuentra en equilibrio con su lquido se llama vapor saturado. La presin de vapor saturado de un lquido tiene para cada temperatura un valor fijo, independiente del volumen que se ofrece al vapor. Si el volumen aumenta se forma una nueva cantidad de vapor y, al contrario si el volumen disminuye parte del vapor formado vuelve al estado lquido. Como en ambos casos, el nmero de molculas gaseosas contenidas en la unidad de volumen, permanece constante, la presin de vapor saturado depende esencialmente de la temperatura y es idntica a la tensin de vapor de su lquido a la misma temperatura.

3.4 TEMPERATURA CRTICA

Punto crtico, en fsica, punto de temperatura o presin que corresponde a un cambio en el estado fsico de una sustancia. Durante el enfriamiento de una aleacin metlica, el punto crtico se alcanza a la temperatura en que se produce una reorganizacin molecular que da lugar a una nueva forma de la sustancia; generalmente, esta reorganizacin se ve acompaada por la absorcin o cesin de calor. La temperatura crtica de un gas es la temperatura mxima a la que puede licuarse; la presin crtica es la presin necesaria para licuar el gas a esa temperatura. Algunos gases, como el helio, el hidrgeno o el nitrgeno, poseen temperaturas crticas muy bajas y tienen que ser enfriados intensivamente antes de poder ser licuados. Otros, como el amonaco o el cloro, tienen temperaturas crticas elevadas y pueden licuarse a temperatura ambiente aplicando suficiente presin

Una tercera caracterstica del punto crtico es el volumen crtico, que es el volumen que ocupara un mol de gas a su temperatura y presin crticas. Estas tres cantidades, la temperatura, presin y volumen crticos, se denominan conjuntamente constantes crticas de una sustancia.

3.5 ECUACIONES DE CLAPEYRON CLAUSIUSSupuso que el vapor obedece a la ecuacin de los gases ideales y segn la cual tomando como base una mol, VV = RT/P. Adems, considero que cuando la temperatura esta alejada del punto critico, el volumen del lquido es muy pequeo en comparacin con el volumen del vapor, por lo cual podra despreciarse. De esto tenemos:

Que es la primera de las ecuaciones de Clapeyron Clausius y se conoce como la ecuacin aproximada.Luego integrando ( 1 ), sabiendo que R es constante y suponiendo que (HV permanece constante con la variacin de temperatura, tenemos:

Ln P = ( (HV / R ).(1/T) + C ........................ (2)

Que representa la segunda ecuacin de Clapeyron Clausius y en donde C es la constante de integracin por haber integrado sin lmites la ecuacin ( 1 ). Esta ecuacin ( 2 ) es til para calcular (HV a partir de la grafica: Ln P versus 1/T.

Para muchos propsitos conviene integrar entre lmites la ecuacin ( 1 ). Llegando al mismo objetivo, pero til para calcular (HV en un par de puntos:Ln ( P2/P1) = ((HV / R ).(( T2 T1 )/(T2 .T1 )) .................. (3)

Que es la tercera ecuacin de Clapeyron Clausius.

4. DETALLES EXPERIMENTALES

4.1 MATERIALES Y REACTIVOS

Se utilizo un equipo para determinar presin de vapor por el mtodo esttico, el cual consta de un matraz con tapn bihoradado, termmetro, manmetro, llave de triple paso, cocinilla. Y como reactivo se utilizo agua destilada.

4.2 PROCEDIMIENTO

Se instalo el siguiente equipo:

Primero se llen el matraz con agua destilada hasta casi la mitad de su volumen total, se nivel el manmetro en las dos ramas del tubo en U, luego se mantuvo la llave abierta hacia el exterior. Luego se procedi a calentar el matraz hasta 101 (C. Despus se retir la cocinilla e inmediatamente se invirti la posicin de la llave, quedando el manmetro conectado al baln. Por ltimo se procedi a medir la altura del mercurio en su respectiva en intervalos de 1 (C a partir de 99 (C hasta 80 (C. Llegando a esta temperatura se invirti la llave hacia el exterior, para evitar que el mercurio siga subiendo.

5. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

TABLA N(1: Condiciones experimentalesPresin (mmHg)Temperatura ((C)HR. (%)

7562493

TABLA N 2: Relacin de temperatura con la altura y presin manomtrica

T((K)ALTURA(mm)PRESION(mmHg)

37213730

37122712

37035686

36947662

36860636

36769618

36678600

36589578

364100556

363107542

362114528

361120516

360128500

359140476

358144468

357151454

356160436

355166424

354174408

353182392

TABLA N( 3: Datos para el grfico Ln P versus 1/T

Ln P (mmHg)T-1X103 ( K-1 )

6.5932.688

6.5682.695

6.5312.702

6.4952.710

6.4552.717

6.4262.724

6.3972.732

6.3592.739

6.3212.747

6.2952.754

6.2692.762

6.2462.770

6.2152.777

6.1652.785

6.1482.793

6.1182.801

6.0782.808

6.0402.816

6.0112.824

5.9712.832

(HV (cal/mol) = 8435

TABLA N( 4: Calor latente de vaporizacin por par de puntos

N(T ( K )P (mmHg)(HV (cal/mol)

13727306847

2371712

33706869661

4369662

53686367705

6367618

73666009915

8365578

93645566696

10363542

113625285970

12361516

1336050012634

14359476

153584687714

16357454

173564367009

18355424

193544089935

20353392

(HV =8408

6. EJEMPLO DE CALCULOS 6.1 CALCULO DE PRESION DE VAPOR

P = P( - 2h

Donde:

P : Presin de Vapor

P(: Presin total P( = 756 mmHg

h : Altura de la columna de mercurio

P1 = 756 mmHg - 2 x 13 mmHg = 730 mmHg

.............................................................................

6.2 CALCULO DEL CALOR LATENTE DE VAPORIZACIN

A. De la grafica:

Ln P = - (HV . 1 + C

R T

(HV : pendiente de la grafica = - 4245 K-1

R

R = 1.987 cal/mol.KLuego:

(HV = - 4245 K-1 (HV = 1.987 cal.mol-1.K-1.4245 K-1

R

(HV = 8435 cal.mol-1

B. Por par de puntos:

Ln ( P2/P1) = ((HV / R ).(( T2 T1 )/(T2 .T1 ))

Ejm :

(HV1 = 1.987 cal. mol -1.K-1 .(371 K . 370 K) . Ln (712 mmHg)

(371 K 370 K) (730 mmHg)

(HV1 = 6847 cal.mol-1

..................................................................................................................

(HV = ( (HV1 + (HV2 + ... + (HV10 ) = 8408 cal.mol-1

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C. Calculo de C:

Si T = 372 K P = 730 mmHg

Luego:

Ln (730) = -4374 / 372 + C ; C = 18

De esto:

Ln P = -4245 . ( 1 / T ) + 18 ...................... Ecuacin matemtica

6.3 CALCULO DEL ERROR:(HV ( terico ) = 9720 cal.mol-1- De la grfica

- Par de puntos:

7. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

El calentamiento no debi exceder los 100 (C, debido a que la presin de vapor es mxima en el punto crtico del agua, que a las condiciones del laboratorio es aproximadamente 100 (C. Es decir la presin aumenta para mantener el equilibrio entre el vapor y el lquido, debido al aumento de molcula que escapan de la fase lquida. Mientras que para una temperatura por encima del punto crtico existe una mayor porcin de molculas que escapan, por lo que es imposible mantener el equilibrio entre el vapor y el lquido. Para la determinacin del calor latente de vaporizacin se aprovecha la dependencia existente entre la tensin de vapor del agua y la temperatura en la grafica cuya pendiente es ((HV / R), esto segn la segunda ecuacin de Clapeyron Clausius. Debido a que el calor latente de vaporizacin no es constante para intervalos grandes se calcula (HV para intervalos de 1 grado, observndose que este valor sufre variaciones y al tomar un promedio de todos los pares de puntos existe un mayor porcentaje de error con respecto al terico, debido a que para cada par de puntos se considera un nueva pendiente, mientras que de la grafica se toma promedio de estas pendientes con el ajuste adecuado. Para este fin se empleo el mtodo de mnimos cuadrados. El porcentaje de error considerable se debi a errores sistemticos; por la falta de coordinacin al llegar al punto de ebullicin, al operar la llave inadecuadamente y no en el momento preciso. Adems en el clculo, pues se consider solo dos cifras debido a que el valor terico es un entero.8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La tensin de vapor saturado desciende rpidamente con la disminucin de temperatura, pues las molculas que escapan de la fase lquida van disminuyendo, requirindose una menor presin para mantener el equilibrio entre el vapor y el lquido. A temperaturas inferiores al punto de ebullicin (p.e.), la evaporacin tiene lugar nicamente en la superficie del lquido.

La presin de vapor es independiente del volumen del espacio sobre el lquido y del volumen del lquido. Para la temperatura crtica, cuando desaparece la diferencia entre el vapor y el lquido, el calor latente de evaporacin es, evidentemente, igual a cero. De aqu se deduce que con el aumento de temperatura deber disminuir el calor latente de evaporacin. Se recomienda tener un mximo cuidado al momento de nivelar las dos ramas del tubo en U, por que un pequeo desnivel es suficiente para que no salgan los resultados esperados. Adems no se debe exceder el punto de ebullicin pues a esta temperatura no es posible determinar la presin de vapor y al condensarse el vapor sufre un cambio brusco que se reflej en los datos finales obtenidos.

9. BIBLIOGRAFA

Castellan G., Fisicoqumica, 2era ed., Ed. Addison Wesley Longman S. A., Mxico, 1998. Pg. 92-95.

Crockford H., Novell J., Manual de Laboratorio de Qumica Fsica, 1era ed., Ed. Alambra, Madrid, 1961. Pg. 50-55, 59,60.

Kikoin, Fsica Molecular, 2da ed., Ed. Mir. Mosc, 1979. Pg. 81-91

Maron S., Land J., Fisicoqumica Fundamental, 1era ed., Ed. Limusa, Mxico, 1978. Pg 219-227.

Ponz Muzzo, Gastn, Fisicoqumica, 1era ed., Ed. Universo S.A., 1969. Pg. 205-210, 226,227.

10. APNDICE

CUESTIONARIO:

1. Analice la relacin que existe entre los valores del calor molar de vaporizacin y naturaleza de las sustancias.

El calor latente de evaporacin es naturalmente, una caracterstica cualitativa de las fuerzas de enlace entre las molculas del lquido. Cuanto mayor sean estas fuerzas, tanto mayor ser el calor molar de vaporizacin. La magnitud de estas fuerzas atractivas depender del tamao y naturaleza de las molculas, de modo que la magnitud aumenta de valor segn el aumento en el tamao y en la complejidad de la molcula.

2. Analice el efecto de la presin externa sobre el punto de ebullicin de una sustancia.

Cuando se aumenta la presin sobre un lquido, el p.e. aumenta. El agua, sometida a una presin de 1 atmsfera (101.325 pascales), hierve a 100 C, pero a una presin de 217 atmsferas el p.e. alcanza su valor mximo, 374 C. Por encima de esta temperatura, (la temperatura crtica del agua) el agua en estado lquido es idntica al vapor saturado.

Al reducir la presin sobre un lquido, baja el valor del p.e. A mayores alturas, donde la presin es menor, el agua hierve por debajo de 100 C. Si la presin sobre una muestra de agua desciende a 6 pascales, la ebullicin tendr lugar a 0 C.

Los puntos de ebullicin se dan dentro de un amplio margen de temperaturas. El p.e. ms bajo es el del helio, -268,9 C; el ms alto es probablemente el del volframio, unos 5.900 C. Los puntos de ebullicin correspondientes a los distintos elementos y compuestos que se citan en sus respectivos artculos, se refieren a la presin atmosfrica normal, a no ser que se especifique otra distinta.

3. Explique el mtodo de saturacin gaseosa para determinar la presin de vapor de lquidos.

La saturacin es el proceso cuando una masa de aire contiene la mxima cantidad de vapor de agua admisible a una determinada temperatura. Y cuanto mayor se la cantidad de vapor admitida la presin de vapor tambin ira en aumento. Si la atmsfera esta saturada y se le agrega ms vapor de agua, el sobrante se condensa. Es posible que el aire limpio tenga una humedad relativa superior al valor de saturacin sin que se produzca condensacin, en este caso se dice que el aire esta sobresaturado.

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