Presión de Vapor practica

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Universidad Nacional Del Centro Del Per

Ing. Csar Limas Amorn FISICO QUIMICA

Facultad De Industrias Alimentarias

En la presente prctica de laboratorio que lleva por ttulo: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA,

LIQUIDOS: PRESIN DE VAPOR, nuestro propsito principal es precisamente determinar la presin

de vapor de un lquido en este caso el metanol y calcular el calor de vaporizacin, ambos desarrollados

en forma experimental. La presin de vapor de los lquidos es una de las propiedades ms adecuadas

para el conocimiento de lo que es el estado lquido, esta propiedad se encuentra defendida como la

presin del vapor que produce el equilibrio entre el vapor y el lquido. Esto ocurre cuando un lquido

se evapora dentro de un espacio de proporciones limitadas, porque en el momento que se da la

vaporizacin aumenta el nmero de molculas en estado de vapor y provoca un aumento en la presin

ejercida por el vapor. Esta presin se debe a los choques de las molculas que la forman contra las

superficies que lo estn limitando. Pero cuando estas molculas gaseosas chocan contra la superficie

del lquido queda influenciada por las fuerzas atractivas de las molculas del lquido y quedan

retenidas all formando otra vez parte del lquido.

El metanol es un compuesto qumicometanol, tambin conocido como alcohol metlico o alcohol de madera, es el alcohol ms sencillo. A temperatura ambiente se presenta como un lquido ligero (de baja densidad), incoloro, inflamable y txico que se emplea como anticongelante, disolvente y combustible. Su frmula qumica es CH3OH.

Para empezar a ver desarrollo de la prctica le presentamos nuestros siguientes objetivos:

OBJETIVOS

Determinar la presin de vapor de un lquido puro a diferentes temperaturas.

Calcular el calor de vaporizacin empleando la ecuacin de Clausius-Clapeyron.

Observar el aumento de presin de vapor de un lquido (metanol) como consecuencia del

aumento de la temperatura.





SEGN RAYMOND CHANG 2002

La presin de vapor de los lquidos es una de las propiedades ms adecuadas para el conocimiento

de lo que es el estado lquido, esta propiedad se encuentra defendida como la presin del vapor que

produce el equilibrio entre el vapor y el lquido.

Esto ocurre cuando un lquido se evapora dentro de un espacio de proporciones limitadas, porque en

el momento que se da la vaporizacin aumenta el nmero de molculas en estado de vapor y

provoca un aumento en la presin ejercida por el vapor. Esta presin se debe a los choques de las

molculas que la forman contra las superficies que lo estn limitando. Pero cuando estas molculas

gaseosas chocan contra la superficie del lquido queda influenciada por las fuerzas atractivas de las

molculas del lquido y quedan retenidas all formando otra vez parte del lquido.

La presin de vapor en un sistema cerrado es en si el equilibrio entre el estado lquido y la fase de

vapor a una determinada temperatura, la cual debe ser constante. Este equilibrio nos indica que la

rapidez de vaporizacin de condensacin en los lquidos es iguales, por lo tanto se encuentra en un

equilibrio dinmico. Termodinmicamente se indica que





dG= 0 (energa libre de gibs);

Esto es G(vapor) G(liquido) = 0 entonces G(vapor) = G(liquido).

Aplicando: Dg =VdP-SdT

VVdP SVdT = VLdP SLdT

Se tiene la ecuacin de clausius- clapeyron, donde la presin de vapor de un lquido aumenta con la

temperatura en una forma no lineal. Se obtiene una relacin lineal cuando se grafica en un papel

semi logaritmo cuya modelacin es:

2.

.

oTR

pv

dT

dP

Ln(Pvapor) =vap

R

1

T+ C

SEGN SAMUEL H. MARON (1993) La presin de vapor de un lquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la

temperatura hasta el punto crtico del lquido. Por encima de la temperatura crtica, no existe ya

lquido, y por tanto no tiene validez el concepto de presin de vapor saturada.

Es fcil de comprender el aumento de la presin de vapor teniendo en cuenta la teora cintica. AI

aumentar la temperatura es mayor es la porcin de molculas que adquieren la energa suficiente

para escapar de la fase lquida, y en consecuencia se precisa mayor presin para establecer un

equilibrio entre el vapor y el lquido. For encima de la temperatura crtica la tendencia de escape de

las molculas es tan elevada que ninguna presin aplicada es suficiente para mantenerlas unidas en

el estado lquido, y toda la masa persiste como gas.





La ecuacin de clausius clapeiron

2.

.

oTR

pv

dT

dP

De aqu:

Log10P = HV

2.303R

1

T + C . ()

Donde C es una constante de integracin.

La ecuacin () predice que el logaritmo de la presin de vapor debe ser una funcin del reciproco

de la temperatura absoluta. Adems, la comparacin de la ecuacin con la de una lnea recta, esto

es, y = mx + b , sugiere que si Log10P para un lquido se grafica contra 1

T la grfica debe ser

una lnea recta con una pendiente

m = (HV

2.303R) y y = b con lo que va de acuerdo con la ecuacin. De las pendientes delas

lneas se deducen los calores de vaporizacin. El calor de vaporizacin se obtiene en caloras mol

R= 1,987cal/molK.

METANOL

El compuesto qumicometanol, tambin conocido como alcohol metlico o alcohol de madera, es el alcohol ms sencillo. A temperatura ambiente se presenta como un lquido ligero (de baja densidad), incoloro, inflamable y txico que se emplea como anticongelante, disolvente y combustible. Su frmula qumica es CH3OH.

PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS

El metanol, tambin llamado alcohol metlico, alcohol de madera, carbinol y alcohol de quemar, es el primero de los alcoholes.

La estructura qumica del metanol es muy similar a la del agua, con la diferencia de que el ngulo del enlace C-O-H en el metanol (108.9) es un poco mayor que en el agua (104.5), porque el grupo metilo es mucho mayor que un tomo de hidrgeno.





Metanol

Agua

En condiciones normales es un lquido incoloro, de escasa viscosidad y de olor y sabor frutal penetrante, miscible en agua y con la mayora de los solventes orgnicos, muy txico e inflamable. El olor es detectable a partir de los 2 ppm.

Es considerado como un producto petroqumico bsico, a partir del cual se obtienen varios productos secundarios.

Las propiedades fsicas ms relevantes del metanol, en condiciones normales de presin y temperatura, se listan en la siguiente tabla:

Peso Molecular 32 g/mol

Densidad 0.79 kg/l Punto de fusin -97 C Punto de ebullicin 65 C

De los puntos de ebullicin y de fusin se deduce que el metanol es un lquido voltil a temperatura y presin atmosfricas. Esto es destacable ya que tiene un peso molecular similar al del etano (30 g/mol), y ste es un gas en condiciones normales.

El metanol y el agua tienen propiedades semejantes debido a que ambos tienen grupos hidroxilo que pueden formar puente de hidrgeno. El metanol forma puente de hidrgeno con el agua y por lo tanto es miscible (soluble en todas las proporciones) en este solvente. Igualmente el metanol es muy buen solvente de sustancias polares, pudindose disolver sustancias inicas como el cloruro de sodio en cantidades apreciables.





MATERIALES

TERMMETRO METANOL

MATRAZ

VASO DE PRECIPITACIN

AGUA DESTILADA

COCINILLA ELECTRICA

SOPORTE UNIVERSAL





PROCEDIMIENTO:

1.- Se monta el aquipo, como se muestra en la imagen.

2.- Se agrega 100mL de liquido(metanol) en el matraz y

cerramos hermeticamente.

3.- introducir el matraz en un vaso de precipitacion con agua

temperatura ambiente.

4.- Se espera unos minutos hasta que llege al equilibrio

termico y se observa los primeros datos experimentales

de presion y temperatura.

5.-Se hace calentar aprox.100 ml de agua en un vaso de

precipitado y se agrega al vaso de bao maria (reperir este proceso minimo 5 veces).

6.- esperar a que llegue al equilibrio termico y anotar los

datos temperatura de equilibrio y presion en el

equilibrio(registrar como minimo 5 datos experimentales).





DATOS OBSERVADOS:

TEMPERATURA (C) DESNIVEL DE ALTURA

MANOMETRICA

TEMPERATURA EN K

PRESION ABSOLUTA (mmHg)

16 3.5 289 516.5

22 28 295 492

25 40 298 480

27.25 51 300.25 469

33.25 85 306.25 435

34 90.5 307 429.5

Valores de A Valores de I

-682.26 9.23

-723.58 9.12

-897.17 9.07

-1153.33 8.58

8.54

8.55

Apromedio = -. I promedio= 8.84

Aplicando la ecuacin de Clausius Clapeyron:

= 262.67

+ 5.085

=

+





Datos corregidos:

Temperatura (K) Presin absoluta (mmHg)

289 374.27

295 369.04

298 380.08

300.25 388.43

306.25 410.96

306 410.02

Hallando el calor latente de vaporizacin:

=

= 864.085 1.986

= 521.66

=





LA PRESION DE VAPOR El valor de la presin de vapor saturado de un lquido, da una idea clara de su volatilidad, los lquidos ms voltiles tienen una presin de vapor saturado ms alta, por lo que este tipo de lquidos, confinados en un recipiente cerrado, mantendrn a la misma temperatura, una presin mayor que otros menos voltiles. Si un soluto es no voltil la presin de vapor de su disolucin es menor que la del disolvente puro. As que la relacin entre la presin de vapor y presin de vapor del disolvente depende de la concentracin del soluto en la disolucin. Esta relacin est dado por la ley de Raoult, que establece que la presin parcial de un disolvente sobre una disolucin est dada por la presin de vapor del disolvente puro, multiplicada por la fraccin molar del disolvente en la disolucin. DEPENDENCIA DE LA PRESION DE VAPOR CON RESPECTO ALA TEMPERATURA La presin de vapor de un lquido aumenta con el incremento de la temperatura. La magnitud del incremento de presin de vapor con la temperatura es caracterstica del lquido particular.

El valor de la presin de vapor es independiente de las cantidades del lquido y vapor,

mientras haya presente cualquier superficie libre del lquido. Este valor depende en realidad

de la cantidad de molculas ganadas o perdidas por el lquido.

A mayor rea expuesta al vapor, mayor ser la cantidad de molculas ganadas por el

lquido.

La composicin del lquido es determinante en el valor de la presin de vapor durante el

equilibrio.

A mayor peso molecular menor valor en la presin de vapor.

La presin de vapor en los lquidos crece rpidamente al aumentar la temperatura; as, cuando la presin de vapor es igual a 1 atmsfera, el lquido se encuentra en su punto de ebullicin ya que el vapor, al vencer la presin exterior, se puede formar en toda la masa del lquido y no slo en su superficie. REID,Robert C y SHERWOOD, Thomas K. propiedades de los gases y lquidos. Unin tipogrfica editorial hispano-americana. Mxico.1968 Con los datos obtenidos corregimos la expresin para el trabajo en laboratorio.

El valor del calor de vaporizacin en la prctica fue de 1716.07cal/mol, sin embargo en la bibliografa mencionan que el calor de vaporizacin es es 2273.531 cal/molK. Se puede observar claramente el cambio de presin que depende de la temperatura y a su vez son directamente proporcianal.





Se calcul el calor vaporizacin empleando la ecuacin de ClausisusClayperon, siendo este

valor: = 521.66

.

Si ejercemos diferentes temperaturas al metanol su presin de vapor varia, concluyendo as

que la temperatura es directamente proporcional a la presin.

Asegurarse de que no haya fuga de gas, ya que de haberlo har que no haya ninguna

variacin en la presin.

Tener cuidado al manipular el manmetro para evitar derrames de mercurio.

Tener mucho cuidado con el lquido que estemos trabajando, ya que si este es voltil se

provocar un desborde de mercurio en el manmetro si la temperatura con la que se trabaja

es alta.





GASTN PONS MUZZO. Fisicoqumica. Editorial Universo S. A. Lima Per (1969).

SAMUEL H. MARON (1993).

RAYMOND CHANG (2002).

Enciclopedia de Fsica y Qumica. Editorial Ocano. Barcelona Espaa (1998).

http://training.itcilo.it/actrav_cdrom2/es/osh/ic/67561.htm

http://www.methanex.com/products/technical.htmlLa

CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoqumica, segunda edicin. Mxico: Fondo Educativo

Interamericano S.A., 1974. Pg. 785.






289 516.5

295 492

298 480

300.25 469

306.25 435

306 429.5


A hora hallamos A e I:

= (2/1)

2 1 (2 1)

1 = (492/516.5)

295 289 (295 289) = 682.26

2 = (480/492)

298295 (298 295) = -723.58

3 = (469/480)

300.25 298 (298 300.25) = 897.17

4 = (435/469)

306.25 300.25 (306.25 300.25) = 1153.33

5 = (429.5/435)

306.25 300.25 (306.25 300.25) = 4769.69

=

+





El promedio de las A sin considerar a 5 porque se aleja demasiado:

682.26 723.58 897.17 1153.33

4= 864.085

Hallando I:

1 = +

1 = 516.5 +864.085

289=9.23

2 = 492 +864.085

295= 9.12

3 = 480 +864.085

298=9.07

4 = 300.25 +864.085

300.25=8.58

5 = 306.25 +864.085

306.25= 8.54

6 = 306 +864.085

306=8.55

Promedio de la I:

9.23 + 9.12 + 9.07 + 8.58 + 8.54 + 8.55

6= 8.84

Valores de A Valores de I

. 9.23

-723.58 9.12

-897.17 9.07

-1153.33 8.58

8.54

8.55

A promedio=. I promedio=8.84





Por lo tanto se obtendr:

=

+

= 864.085

+ 8.84

Datos corregidos:


289 347.27

295 369.04

398 380.08

300.25 388.43

306.25 410.96

306 410.02

=

+

1 = 864.08

289+ 8.84

2 = 864.08

295+ 8.84

3 = 864.08

298+ 8.84

4 = 864.08

300.25+ 8.84

5 = 864.08

306.25+ 8.84

6 = 864.08

306+ 8.84

1 =347.27 2 =369.04 3 =380.08 4 =388.43 5 =410.96 6 = 410.02






=

= 864.085 1.986

= 1716.07

1. Cmo interpreta el cambio de temperatura con respecto a la presin ejercida por el

lquido?

Al momento de vaciar el agua caliente sobre el matraz, la presin tiende a subir por el incremento de la temperatura, por lo que se puede afirmar que la presin es directamente proporcional a la temperatura.

2. Realice el comentario respectivo sobre el experimento y la ley de Clausius Clapeyron.

La ecuacin de Clapeyron permite calcular la pendiente de una lnea de equilibrio entre dos fases en el diagrama de fase P T de un sistema de un componente. El experimento realizado en el laboratorio con el etanol consiste en el cambio que manifiesta la presin de vapor de esta sustancia respecto al aumento de temperatura. Por consiguiente el experimento realizado tiene una estrecha relacin con la ley de Clausius Clapeyron; que nos da la idea de experimentar y comprobar el aumento de presin de vapor de las distintas sustancias.

=





3. Indique las propiedades fsicas del lquido en estudio.

El alcohol etlico o etanol es un alcohol que se presenta como un lquido incoloro e inflamable con un punto de ebullicin de 78 C. Al mezclarse con agua en cualquier proporcin, da una mezcla azeotrpica. Es un lquido transparente e incoloro, con sabor a quemado y un olor agradable caracterstico. Es conocido sencillamente con el nombre de alcohol. Su frmula qumica es CH3-CH2-OH, principal producto de las bebidas alcohlicas.

4. Realice los clculos y el grafico correspondiente, utilizando un programa como Excel u

otro programa.


289 516.5

295 492

298 480

300.25 469

306.25 435






= 262.67

+ 5.085

Datos corregidos:


289 374.27

295 369.04

298 380.08

300.25 388.43

306.25 410.96


=

= 864.085 1.986

= 521.66

=

+

=





5. Convierta de unidades al calor latente de la sustancia en estudio, en las diferentes

unidades que se conocen.

864.085 1.986

6. Convierta las unidades calculadas en la pregunta 5, y pase a las unidades de calor

latente molar.

lb

BTU

lb

Kg

Kg

Kgmol

Kgmol

lbmol

lbmol

BTU

lbmol

BTUR

Rlbmol

BTU

g

J

gr

mol

mol

JK

Kmol

J

Kg

Kcal

Kg

g

cal

Kcal

g

cal

g

cal

gr

mol

mol

calK

Kmol

cal

AR

v

v

v

v

529.962.2

1

32

1

1

2.2

.931.3088

.931.3088

5

9085.864

.986.1

5.22432

1003.7184085.864

.314.8

627.5310

10627.53

627.5332

1073.1716085.864

.986.1

.

3

3

.931.3088

5

9085.864

.986.1

003.7184085.864.

314.8

716.110

073.1716

073.1716085.864.

986.1

.

3

lbmol

BTUR

Rlbmol

BTU

mol

JK

Kmol

J

mol

Kcal

cal

Kcal

mol

cal

mol

calK

Kmol

cal

AR

v

v

v

v

ces





7. Qu significa el trmino presin de vapor de un lquido?

La presin de vapor es la presin que ejercen las molculas del lquido que han escapado a la fase vapor en un recipiente cerrado donde se ha alcanzado el equilibrio. Muy a menudo el trmino se utiliza para describir la tendencia de un lquido a vaporizarse. Cmo cambia la presin de vapor de un lquido al cambiar su temperatura? Como las "reacciones" de vaporizacin son endotrmicas, cualquier aumento de la temperatura desplazar el equilibrio hacia la derecha. A bajas temperaturas la presin de vapor del lquido es muy baja y a altas temperaturas, la presin de vapor es bastante grande. Describa la relacin entre el efecto de la distribucin molecular de velocidad temperatura y la forma en la que aumenta la presin de vapor de un lquido al aumentar la temperatura. La presin de vapor de un lquido es la presin gaseosa que ejercen las molculas vaporizadas (vapor) en equilibrio con el lquido. La presin de vapor solo depende de la naturaleza del lquido y de su temperatura. La presin de vapor de un lquido, es constante a una temperatura dad, pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto crtico del lquido. Cuando se aumenta la temperatura es aumentada o mayor la porcin de molculas, estas toman la energa necesaria para hacer el cambio de lquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor presin para establecer un equilibrio entre el vapor y el lquido. Al aumentar la temperatura, aumenta la EC de las molculas de los gases, tal y como se expresa en la siguiente ecuacin:

Ec = 3/2 * k * T

Pero adems, la curva de distribucin de velocidades f(v), varia puesto que T cambia. Como vemos, a mayor temperatura, mayor media y aumenta el rango de velocidades.

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