DETERMINACION DE LA INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA PRESION DE VAPOR

RESUMENEn esta prctica se empez despresurizando el equipo de Presin de vapor, se inicio el calentamiento de un baln con aproximadamente 100 ml de agua para determinar por medio de un manmetro los promedios de presiones de vapor del agua, a medida que la temperatura aumentaba 5 C, al observar el comportamiento del mismo y la influencia del factor Temperatura. Se pretende identificar la influencia que tiene la temperatura y la presin de vapor en un liquido A. para calcular propiedades termodinmicas como Entalpia y Entropa, con el fin de mostrar el inicio de un equilibrio de fases.

PALABRAS CLAVES: Temperatura, Presin, Entalpia, Altura, Vacio, Manmetro, Atmosfrica, Vapor, Agua.

ALEJANDRA ORTEGON 6101444Universidad de AmricaAleja_1046@hotmail.com

PABLO CUERVO 6101418Universidad de Amricacdvertin@hotmail.com

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1. INTRODUCCIN

Al trabajar con sistemas de un componente su estado intensivo viene descrito al especificar dos variables; representado este sistema en un diagrama de fases, se evidencia la influencia de la temperatura en la presin de vapor.

Al elegir una temperatura en un sistema de un componente la presin de vapor se fijara a esa temperatura, definiendo el punto de ebullicin de un lquido como la temperatura a la cual su presin de vapor de equilibrio es igual a P dada.

La determinacin de la presin de vapor de un lquido es importante para la industria dado que se usa para calentar equipos, instalaciones, transportar materia entre otros; En el laboratorio se usan diferentes mtodos como el Siwolobof, y el usado en esta prctica el Mtodo general que consiste en determinar el punto de ebullicin con la diferencia de presiones medidas con un manmetro[footnoteRef:1]. [1: IRA N. LEVINE Fisicoqumica. 5 Edicin. Vol. 1. Madrid, 2004]

2. RESULTADOS Y ANLISIS DE RESULTADOS

La presin de vapor es una propiedad de la materia que consiste en el equilibrio que existe entre el vapor de un fluido y el estado lquido del mismo.

Para la determinacin experimental de la presin de vapor se llev a cabo la toma de presin manomtrica mediante un tubo U con Mercurio, determinando la presin en unidades de (mmHg), se hacia la toma de alturas que iba registrando el tubo.Primero se dej despresurizar el sistema donde se realiz el experimento. Luego se llena un baln de dos bocas con agua y se coloca en una manta de calentamiento.

A continuacin se empez a calentar el sistema, cada 5C se tomaba el dato de las alturas en el tubo U, a medida que la temperatura ascenda la presin del sistema aumentaba, se realiz el experimento hasta que las alturas de Mercurio en el tubo U fueran iguales, y los datos se registraron en la tabla N 1.

Tabla N 1: Cambio de alturas en el tubo U con respecto al gradiente de temperatura.TEMPERATURA (K)hIZQ (cm)hDER (cm)h (m)

289,152540,3-0,153

294,152639,4-0,134

299,1526,438,9-0,125

304,1526,838,5-0,117

309,1527,238,2-0,11

314,1527,537,7-0,102

319,152837,4-0,094

324,1528,536,9-0,084

329,1528,936,4-0,075

334,1529,435,8-0,064

339,153035,3-0,053

344,1530,634,5-0,039

349,1531,633,9-0,023

354,1532,732,70

Se encontr que la presin de vapor del agua se estabilizo con la presin atmosfrica a una temperatura de 81C o 354.15K

Luego de determinar el cambio de altura, se prosigui a determinar la presin manomtrica aplicando la ecuacin N 1.

Ecuacin N 1: Ecuacin de la presin hidrosttica.

Donde:P = presin = densidad del fluido Mercurioh = Alturag = gravedad

Teniendo como constante la densidad y la gravedad. = 13600 kg/ m3

Y la altura siendo la variable que depende del gradiente de temperatura, se proceder a registrar los datos de presin en la tabla N 2.

Tabla N.2: Altura vs Presin manomtricah (m)Presin Manomtrica (Pa)

-0,153-20412,648

-0,134-17877,744

-0,125-16677

-0,117-15609,672

-0,11-14675,76

-0,102-13608,432

-0,094-12541,104

-0,084-11206,944

-0,075-10006,2

-0,064-8538,624

-0,053-7071,048

-0,039-5203,224

-0,023-3068,568

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Despus de hallar la presin manomtrica se puede obtener los datos de la presin de vapor aplicando la ecuacin N 2.

Ecuacin N 2. Presin de vapor

Pvap = Pman + Patm

Teniendo que la presin atmosfrica es una constante.Tomamos la presin de Bogot.

Patm = 560 mmHg = 74,660 KPa

Y se prosigue a registrar los datos en la tabla N3.

Tabla N 3: Presin de vapor a partir de la presin manomtrica.

Presin Manomtrica (KPa)Presin de Vapor (P*)

-20,41264854,24787832

-17,87774456,78278232

-16,67757,98352632

-15,60967259,05085432

-14,6757659,98476632

-13,60843261,05209432

-12,54110462,11942232

-11,20694463,45358232

-10,006264,65432632

-8,53862466,12190232

-7,07104867,58947832

-5,20322469,45730232

-3,06856871,59195832

074,66052632

Con los resultados obtenidos de presin de vapor se interpreta el cambio y el comportamiento del fluido mediante la grafica N 1.

Grafico no.1 Presin de vapor (Kpa) vs Temperatura absoluta (K)

El comportamiento del grafico no.1 muestra que a medida que aumenta la temperatura tambin lo hace la presin de vapor aunque no linealmente, La correlacin de los datos es de 0.97 indicando que los valores no se ajustan el 100%.

Para calcular la entalpia con la ecuacin de Clausius-Clapeyron se empieza graficando el Ln (P)vs 1/T (K).Tabla N 4: Ln (P)vs 1/T (K).

ln P*1/T(K)

3,993563880,00345841

4,039233150,00339963

4,060158940,0033428

4,078399010,00328785

4,094090640,00323468

4,11172750,00318319

4,12905870,00313332

4,150308650,00308499

4,169055020,00303813

4,191500040,00299267

4,213452320,00294855

4,240712210,00290571

4,270982750,0028641

4,312951520,00282366

Grafica N 2. Ln (P)vs 1/T (K).

La correlacin de los datos es de 0.97 indicando que los valores no se ajustan 100%. Con una pendiente de -446,59

Analizando los grficos N.1 y N.2 se muestra un comportamiento que tiende a la linealidad se puede asociar la ecuacin de la recta, con tomando la pendiente m como , x el inverso de la temperatura.

Ecuacin N 3. Ecuacin de Clausius-Clapeyron

Con la ecuacin N.3 y asocindola con la ecuacin de la recta se obtiene:

El obtenido tiene un valor positivo porque el agua requiere de energa para aumentar su temperatura siendo un proceso endotrmico.En la prctica se utiliz 100 ml de H2O, con la densidad despejamos los moles para que las unidades estn en KJ/Kg.

Se toma como referencia las tablas termodinmicas para encontrar la entalpia a la presin dada que es de 74.66 Kpa con la ecuacin N4 se interpola.

Ecuacin N 4: Ecuacin interpolacin.

Resolviendo la ecuacin tenemos que la entalpia () a 74,66 Kpa es de 2662.16KJ/Kg

Por ltimo se calcula el porcentaje de error con la ecuacin N5Ecuacin N5: Porcentaje de Error

Con el valor de la entalpia experimental y terica se procede a sacar el porcentaje de error aplicando la ecuacin N 5, obteniendo el siguiente resultado.

%E = 93.38%

Siendo este valor demasiado alto, se puede deducir que durante el proceso de calentamiento del agua nunca hubo un cambio de presin continuo, a medida que la temperatura incrementaba la presin incrementaba proporcionalmente, pero no tena un parmetro establecido para que incrementara constantemente al mismo tiempo que variaba la temperatura.Esto demuestra que haba un mayor volumen de vapor en el sistema cuando se incrementaba la temperatura, generando un cambio de presin irregular.

3. CONCLUSIONES

1. La presin de vapor de un lquido, en este caso agua, aumenta con el incremento de la temperatura ya que esta produce un estado de excitacin de las molculas lo que permite que estas interacten aumentando la presin de vapor.

2. La Presin de vapor y la Tvap son inversamente proporcionales es decir si Pvap es alta la Tvap ser menor, si Pvap es baja la Tvap ser mayor; el punto de ebullicin Tvap es el valor de T para el cual la Pvap de un lquido iguala a la Presin Externa.

3. El calor de vaporizacin de un lquido es la energa necesaria para vaporizar un mol de lquido, teniendo una relacin directamente proporcional al cambio en la presin e inversamente proporcional al cambio en la temperatura este tendr un valor menor a cero cuando la reaccin sea exotrmica y mayor a cero cuando la reaccin sea endotrmica.

4. CUESTIONARIO

4.1. Explique que sucede en el punto de ebullicin de un liquido y analice los factores que inciden en el.

R// El punto de ebullicin es la temperatura a la cual se produce la transicin de la fase lquida a la gaseosa. El punto normal de ebullicin se da a una temperatura a la cual la presin es de 1 atm,

Cuando un lquido se introduce en un recipiente cerrado y vaco se evapora hasta que el vapor alcanza una determinada presin que depende nicamente de la temperatura. Esta presin ejercida por el vapor en equilibrio con el lquido se denominapresin de vapordel lquido a esa temperatura, convirtiendo el punto de ebullicin en la temperatura a la presin de vapor de equilibrio dada.

El punto de ebullicin depende del peso molecular, fuerzas intermoleculares, altitud, fuentes de calor, naturaleza de la fase, en ningn momento depender de la cantidad de esta.4.2 Explique por qu en una olla a presin los alimentos se cocinas ms rpidamente que en una olla corriente.

R// Cuando se cocinan alimentos y hay agua presente la temperatura mxima de los alimentos ser el punto de ebullicin del agua; una olla a presin es un recipiente hermtico para cocinar que no permite la salida de aire o lquido por debajo de una presin establecida. Solo permite el escape del vapor un vez que su presin ha excedido cierto valor predeterminado, es decir la presin del agua sobrepasa la presin atmosfrica.

Este aumento hace que el agua hierva a una temperatura mayor en consecuencia los alimentos se cocinaran ms rpido, al tener una olla corriente el vapor lograra escaparse y su presin ser la atmosfrica por lo tanto la temperatura seguir siendo el punto de ebullicin del agua.

4.3. Explique cuando el S de vaporizacin es positivo y cuando negativo.

R// la entropa es una medida de la dispersin del sistema en un cantidad de micro estados; esta ser negativa cuando la reaccin libere energa en forma de calor hacia los alrededores (reaccin exotrmica) implicando un menor a cero y cuando es positiva tendremos una reaccin endotrmica. El S de vaporizacin es aproximadamente iguales para todos los lquidos porque el desorden que se produce al tomar una molcula de liquido y separarlo en el estado gaseoso es independiente a la naturaleza.

4.4. Establezca que otras ecuaciones se utilizan para determinar la relacin entre la presin de vapor y la temperatura de ebullicin.

R// La ecuacin de Antoine sirve para calcular las presiones de saturacin de vapor, o despejando la ecuacin una temperatura a determinada presin, Donde P, es la presin de vapor: A, B y C son constantes especficas para cada sustancia, los datos se encuentran en tablas. Son valores hallados experimentalmente, y T es la temperatura del sistema.

Al tener estas variables intensivas de la materia (T, P) podemos usar otras ecuaciones para calcular propiedades termodinmicas como la entalpia o la entropa.

T-H-E

TROUTON

CLAPEYRON (Equilibrio S-V L-V)

5. BIBLIOGRFA

LAIDLER Y MEISER. Fisicoqumica. 1 Edicin. Bogot: Cecsa, 1991.

IRA N. LEVINE Fisicoqumica. 5 Edicin. Vol. 1. Madrid, 2004g

BROWN, LEMAY, BURSTEN Qumica la ciencia central 9 Edicin, Mexico,2004

UNIVERSIDAD DE AMERICA. Manual de Laboratorio de fisicoqumica Experimental. Bogot. Diciembre de 2008.