Informe Presión de Vapor

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE

SAN MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA

E.A.P INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA PRESION DE VAPOR

PROFESOR: Aníbal Figueroa Tauquino

INTEGRANTES: -Claudia María Palomino Zelaya

-Anita Carmen Morales Mexicano

HORARIO: Jueves 11:00 am- 2:00 pm

GRUPO: E/F

UNMSM FACULTAD DE QUIMICA E INGNIERIA QUIMICAPresión de vapor

2015

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION.............................................................................2

2. RESUMEN.......................................................................................3

3. PRINCIPIOS TEORICOS.................................................................4

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL...........................................5

5. TABULACION DE DATOS...........................................................6

6. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS…………………….12

7. CONCLUSIONES.......................................................................13

8. RECOMENDACIONES...............................................................14

9. CUESTIONARIO…………………………………………………….15

10.BIBLIOGRAFIA..........................................................................21

11.APENDICE..................................................................................22

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FECHA DE REALIZACION Jueves, 10 de setiembre de 2015


INTRODUCCIÓN

La determinación de la presión de vapor es muy importante para la industria ya que encuentra su aplicación en diversos procesos uno de los cuales es la caldera; que desde pequeñas instalaciones locales para la producción de vapor para cocción de alimentos, planchado en serie de ropa, tratamientos sépticos de instrumentales y labores similares, con vapor de relativa baja temperatura y presión, hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la alimentación de turbinas de generación de electricidad, y otros procesos industriales donde se requiere vapor en grandes cantidades, a altísimas temperaturas y presiones. Un ejemplo muy común de una caldera es la “olla a presión”.

En esencia una caldera es un recipiente cerrado, lleno parcialmente de agua a la que se le aplica calor procedente de alguna fuente, para hacerla hervir y producir vapores. Como estos vapores están confinados a un espacio cerrado, se incrementará la presión interior y con ello la temperatura de ebullición del agua, pudiéndose alcanzar finalmente muy elevados valores de presión y temperatura. Estos vapores se concentran en la parte superior del recipiente inicialmente vacío, conocido como domo, de donde se extrae vía conductos para ser utilizado en el proceso en cuestión.

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RESUMEN

El objetivo principal de nuestra práctica será el estudio de la variación de la presión con la temperatura en el equilibrio de agua hirviendo y vapor; para esto nos valemos del equipo experimental para determinar la presión de vapor por el método estático conformado por un manómetro de mercurio Hg , un balón con agua destilada, una llave de triple paso que nos permitirá liberar la presión de vapor de agua y llevar nuevamente el sistema la presión atmosférica ambiental, un termómetro para medir la presión de vapor a diferentes temperaturas, para hacer nuestros cálculos y un calentador. Además, determinaremos el calor de vaporización del agua a partir de la medida de su presión de vapor a distintas temperaturas, concretamente entre 80º y 90º C, y se compararán los resultados obtenidos con los valores teóricos. Utilizamos la ecuación de Clausius Clapeyron para expresar matemáticamente la variación de la presión del vapor con la temperatura

Las condiciones de laboratorio en las que se trabajó:Presión (756 mmHg); temperatura (21Cº); % de humedad (96%). Como principal resultado se obtuvo el valor experimental del calor molar de vaporización del agua ∆H = 8,318 kcal, y lo comparamos con el teórico de las gráficas realizadas y anexadas en este informe.

Al calcular el calor de vaporización mediante el método de regresión lineal y el de par de puntos y compararlo con el valor teórico se obtuvo un errores de 20.33%20.84% respectivamente

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PRINCIPIOS TEÓRICOS

Para poder entender muchos fenómenos que suceden en la vida diaria hay que conocer lo que es la Presión de Vapor. Para simplificar e ilustrar utilicemos el esquema que sigue:

En el dibujo se representa un recipiente cerrado, lleno parcialmente de un líquido (azul). Este líquido como toda sustancia está constituido por moléculas (bolitas negras), que están en constante movimiento al azar en todas direcciones. Este movimiento errático, hace que se produzcan choques entre ellas, de estos choques las moléculas intercambian energía, tal y como hacen las bolas de billar al chocar; algunas aceleran, mientras otras se frenan.En este constante choque e intercambio de energía, algunas moléculas pueden alcanzar tal velocidad, que si están cerca de la superficie pueden saltar del líquido (bolitas rojas) al espacio cerrado exterior como gases.

A este proceso de conversión lenta de los líquidos a gases se les llama evaporación.A medida que más y más moléculas pasan al estado de vapor, la presión dentro del espacio cerrado sobre el líquido aumenta, este aumento no es indefinido, y hay un valor de presión para el cual por cada molécula que logra escapar del líquido necesariamente regresa una de las gaseosas a él, por lo que se establece un equilibrio y la presión no sigue subiendo. Esta presión se conoce como Presión de Vapor Saturado.La presión de vapor saturado depende de dos factores:

1. La naturaleza del líquido

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2. La temperatura

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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1. PASO: Se llena el matraz con agua destilada hasta 1/3 de su volumen total, manteniendo la llave abierta al ambiente.

2. PASO: Se calienta el agua hasta ebullición, la temperatura no debe exceder de 100°C.

3. PASO: Se retira inmediatamente la cocinilla para evitar sobrecalentamiento y paralelamente invierta la posición de la llave, de forma que el manómetro quede conectado con el balón.

4. PASO: A partir de 99°C anote las temperaturas y presiones manométricas hasta llegar a 80°C. Tome sus lecturas en intervalos de 1°C.

5. PASO: Terminado el experimento cierre la llave conectada al balón y déjela abierta al ambiente, de esta forma evitara que el mercurio pueda pasar al balón.


TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS

TABLA #1 Condiciones de laboratorio

P(mmHg) T(°C) %HR756 22 96

TABLA #2: Datos experimentales

Dónde:

HT= H1 +H2

T(°C) H1 H2 HT

99 0 0 098 10 12 2297 20 22 4296 31 32 6395 40 41 8194 49 51 10093 61 62 12392 69 71 14091 80 80 16090 89 91 18089 96 99 19588 104 106 21087 111 115 22686 118 122 24085 126 129 25584 135 139 27483 140 145 28582 147 151 29881 154 157 31180 162 165 327

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TABLA #3 : Determinación de Pv(h2o) experimental:

Dónde:

Pman = HT (mmHg) T (°K) = °C + 273.15

Pman: presión manométrica

Pvapor (H2O) = Patm-Pman

Patm: Presión atmosférica

Cálculos:

Para T=99°C

T (°K) = 99+273.15= 372.15 K

Pman=HT= 0mmHg

Pvapor (H2O)= Patm-Pman

Pvapor (H2O)= 756mmHg-0mmHg=756mmHg

T(°C) T(°K) Pman(mmHg) Patm(mmHg) Pvapor(mmHg)99 372.15 0 75698 371.15 22 73497 370.15 42 71496 369.15 63 69395 368.15 81 67594 367.15 100 65693 366.15 123 63392 365.15 140 756 61691 364.15 160 59690 363.15 180 57689 362.15 195 56188 361.15 210 546

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87 360.15 226 53086 359.15 240 51685 358.15 255 50184 357.15 274 48283 356.15 285 47182 355.15 298 45881 354.15 311 44580 353.15 327 429

TABLA#4: Ln vapor vs (1/T)

T(°C) T(°K) Pvapor(mmHg) 1/T Ln(Pvapor)T1 99 372.15 756 2.687x10-3 6.628T2 98 371.15 734 2.694x10-3 6.599T3 97 370.15 714 2.702x10-3 6.571T4 96 369.15 693 2.708x10-3 6.541T5 95 368.15 675 2.716x10-3 6.515T6 94 367.15 656 2.724x10-3 6.486T7 93 366.15 633 2.731x10-3 6.450T8 92 365.15 616 2.739x10-3 6.423T9 91 364.15 596 2.746x10-3 6.390

T10 90 363.15 576 2.754x10-3 6.356T11 89 362.15 561 2.761x10-3 6.330T12 88 361.15 546 2.769x10-3 6.303T13 87 360.15 530 2.777x10-3 6.273T14 86 359.15 516 2.784x10-3 6.246T15 85 358.15 501 2.792x10-3 6.217T16 84 357.15 482 2.800x10-3 6.178T17 83 356.15 471 2.808x10-3 6.155T18 82 355.15 458 2.816x10-3 6.127T19 81 354.15 445 2.824x10-3 6.098T20 80 353.15 429 2.832x10-3 6.061

Cálculo de ∆HV del agua

ln (Pvapor)=−∆HvR

( 1T

)+B

Donde:

Pendiente: -∆Hv/R

R: 1.987cal.mol-1.K-1

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∆Hv: calor de evaporización

Por regresión lineal :

-∆Hv/R=-3897.37

ln (Pvapor)=−3897.368(1/T )+17.097

Calculando con par de puntos:

Tomamos los extremos para encontrar las pendientes y la constante B, luego tomamos el promedio.

T1=372.15°K Pvapor1=756 1/T1=2.687x10-3 Ln(Pvapor1)=6.628T20=353.15°K Pvapor20=429 1/T20=2.632x10-3 Ln(Pvapor20)=6.061

Ln (Pvapor) = -∆Hv/R(1/T) +B

Ln (Pvapor1) = -∆Hv/R(1/T1) +B

Ln (Pvapor20) = -∆Hv/R(1/T20) +B

Reemplazando sus valores:

6.628=-∆Hv/Rx2.687x10-3 +B ………………………………………………………………. (1)

6.061=-∆Hv/Rx2.832 x10-3 + B ………………………………………………………………. (2)

Restando las ecuaciones (1)-(2)

0.561=-∆Hv/Rx(2.687 x10-3 - 2.832 x10-3)

Hallando el ‘’B’’ reemplazando el valor de ∆Hv:

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B= 17.097

∆Hv= 7744.07

∆Hv=7687.63


6.628=-(7687.63)/Rx2.687x10-3 +B

T ∆Hv B ∆Hv(promedio)

B(promedio)

T1-T20 7687.63 17.02T2-T19 7657.69 16.98T3-T18 7738.84 17.10T4-T17 7669.82 16.99T5-T16 7971.66 17.41T6-T15 7820.78 17.21 7693.425 17.011T7-T14 7648.08 16.96T8-T13 7843.42 17.08T9-T12 7516.04 16.77

T10-T11 7380.29 16.59

ln (Pvapor)=3871.880 (1/T )+17.011

Porcentaje de error del ∆HV:

Dónde:

∆Hv (teórico) 9720 cal.mol-1

Hallando el error de ∆Hv hallada por regresión lineal:

%error= (9720-7744.07)/ (9720) x100 = 20.33%

Hallando el error de ∆Hv hallada por el par de puntos:

%error= (9720– 7693.425)/(9720)x100 =20.84%

%error de regresión lineal 20.33%

%error de par de puntos 20.84%

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B=17.018


TABLA 5: Datos teóricos:

T(°C) T(°K) Pvapor(teórico) 1/T Ln(Pvapor)teórico99 372.15 733.2 2.687x10-3 6.59798 371.15 707.3 2.694x10-3 6.561

997 370.15 682.1 2.702x10-3 6.52596 369.15 657.6 2.708x10-3 6.48995 368.15 633.9 2.716x10-3 6.45294 367.15 610.9 2.724x10-3 6.41593 366.15 588.6 2.731x10-3 6.37892 365.15 567 2.739x10-3 6.34091 364.15 546.1 2.746x10-3 6.30390 363.15 525.8 2.754x10-3 6.26589 362.15 506.1 2.761x10-3 6.22788 361.15 487.1 2.769x10-3 6.18887 360.15 468.1 2.777x10-3 6.15086 359.15 450.9 2.784x10-3 6.11185 358.15 433.6 2.792x10-3 6.07284 357.15 416.8 2.800x10-3 6.03383 356.15 400.6 2.808x10-3 5.99382 355.16 384.9 2.816x10-3 5.95381 354.15 369.7 2.824x10-3 5.91380 353.15 355.1 2.832x10-3 5.872

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ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En esta práctica de laboratorio se obtuvieron los siguientes porcentajes de error: 20.33% y

20.84% para la determinación del calor de vaporización con respecto al valor teórico. Esto se debe a los siguientes factores:

El posible error sería que al momento de medir las distancias estas no hayan sido

precisas ya que conforme vaya bajando la temperatura se debe de inmediatamente

apuntar la medida en la que se encuentra.

Otro error es que posiblemente no se haya equilibrado rigurosamente antes de

comenzar a dictar las alturas ya que ambas columnas deben de comenzar en el mismo

punto.

Es así que para mejores resultados se debe de tener más precisión en todas las

mediciones que se haga ya que cada una es importante para cada paso que a

continuación se haga. De no ser así se podría llegar a un porcentaje de error muy

grande el cual ya no sería aceptable.

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CONCLUSIONES

Considerando los datos experimentales, se puede establecer que la presión de vapor de agua varía con la temperatura, lo que es lógico si consideramos que a mayor temperatura, mayor es la energía cinética que tienen en promedio las partículas que componen al líquido, si estas tienen mayor energía pueden escapar con mayor facilidad a las interacciones moleculares que las mantienen retenidas en el líquido.

El método estático es útil para relacionar la caída de la presión de vapor a medida que varía la temperatura y como el sistema es homogéneo ya que se utilizó el del agua destilada, la presión de vapor será determinada con facilidad, ya que todo el sistema tiene la misma composición.

Aunque el valor de la entalpía de vaporización difiere en un 20% aproximadamente con el encontrado en la literatura especializada, podemos considerar que el experimento se llevó a cabo sin ningún inconveniente y que se realizó una adecuada consideración en la propagación de los errores.

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RECOMENDACIONES

Tenemos que tener en cuenta que al momento de marcar las alturas en el papel milimetrado al variar el manómetro debemos hacerlo de la manera más rápida posible ya que la temperatura sigue bajando.

Con respecto al termómetro debemos considerar que no puede estar calibrado por lo tanto no podemos guiarnos de que el punto de ebullición se alcanzara a los 100 °C por lo que debemos examinar el agua y percatarnos exactamente cuándo comienza a evaporarse.

Además al momento de retirar el papel milimetrado y comenzar a medir las diferencias de alturas debemos hacerlo con una regla milimetrada ya que el papel podría no estar calibrado.

Por último para disminuir nuestro rango de error debemos repetir la experiencia varias veces.

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CUESTIONARIO

1. Indique otros métodos para la determinación de la presión de vapor

Se dispone de varios métodos experimentales para medir la presión del vapor en función de la temperatura. En el método de saturación gaseosa se hace burbujear lentamente un volumen conocido de un gas inerte a través del líquido, el cual se mantiene a temperatura constante en un termostato. La presión del vapor se calcula mediante una determinación de la cantidad de vapor contenida en el gas saliente o por la pérdida de peso del líquido. En el método estático se hace uso de un isoteniscopio, que consiste en un bulbo unido a un corto tubo en U. Se vierte el líquido en el bulbo y otra porción en el tubo en U. Cuando se hierve el líquido a presión reducida, todo el aire es arrastrado fuera del bulbo. Entonces se coloca el isoteniscopio en un termostato. A una temperatura determinada se ajusta la presión exterior de manera que ambas ramas del tubo queden a la misma altura. Conseguido esto, se mide la presión externa, que es igual a la presión del vapor en el isoteniscopio, con un manómetro de mercurio. En el método dinámico se mide la variación del punto de ebullición con la presión externa aplicada. La presión total sobre el líquido puede variarse y mantenerse a un valor dado mediante el uso de un balón de compensación de gran capacidad; entonces se mide esa presión con un manómetro de mercurio. El líquido objeto del estudio se calienta hasta que hierve; se mide la temperatura del vapor de reflujo con el fin de evitar los efectos de sobrecalentamiento. A

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2. Explique la relación entre el punto de ebullición de un líquido y su presión de vapor

La presión de vapor es la presión que ejercen las moléculas del líquido que han escapado a la fase vapor en un recipiente cerrado donde se ha alcanzado el equilibrio. Muy a menudo el término se utiliza para describir la tendencia de un líquido a vaporizarse.

Se trata de una medida de la tendencia de las moléculas y átomos para escapar de un líquido o un sólido. La temperatura de ebullición de un líquido a presión atmosférica corresponde a la temperatura a la que su presión de vapor iguala a la presión atmosférica circundante, y a menudo se denomina temperatura de ebullición normal Cuanto mayor sea la presión de vapor de un líquido a una temperatura determinada, mayor es la volatilidad y menor es la temperatura de ebullición normal del líquido.

Por ejemplo, a cualquier temperatura dada, el clorometano tiene la mayor presión de vapor de los líquidos de la tabla. También tiene la menor temperatura de ebullición normal (-24,2 °C), que es donde la curva de presión de vapor del clorometano (línea azul) cruza la línea de presión horizontal de una atmósfera de presión de vapor absoluta.

3. Defina lo siguiente: vapor saturado, punto de ebullición, punto de ebullición normal.

Vapor saturado

Se llama vapor saturado a un vapor que existe bajo tales condiciones que su presión parcial es igual a la tensión de vapor de su líquido a la misma temperatura, se así el vapor se se encuentra solo o en presencia de otros gases indiferentes. La temperatura a la cual el vapor está saturado se llama temperatura de saturación

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Punto de ebullición

La definición formal de punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra.

La temperatura de una

sustancia o cuerpo

depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores

al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie

tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este

incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al

aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de las partículas que

componen su cuerpo).

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de

las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la

sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces

(dipolo permanente - dipolo inducido o puentes de hidrógeno).

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https://es.wikipedia.org/wiki/Puentes_de_hidr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_London

https://es.wikipedia.org/wiki/Dipolo-dipolo

https://es.wikipedia.org/wiki/Masa_molecular

https://es.wikipedia.org/wiki/Ebullici%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_puntual

https://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(termodin%C3%A1mica)

https://es.wikipedia.org/wiki/Calor

https://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial

https://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9tica

https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura


BIBLIOGRAFIA

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HOJA DE DATOS

PRÁCTICA: PRESION DE VAPOR N°: RESPONSABLE: Anita Morales Mexicano

Claudia Palomino Zelaya P(mmHg): 756

Fecha: T(°C): 22GRUPO: E/F %HR: 96

Dato experimental:

T(°C) H1 H2 HT99 0 0 098 10 12 2297 20 22 4296 31 32 6395 40 41 8194 49 51 10093 61 62 12392 69 71 14091 80 80 16090 89 91 18089 96 99 19588 104 106 21087 111 115 22686 118 122 24085 126 129 25584 135 139 27483 140 145 28582 147 151 29881 154 157 31180 162 165 327

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Condiciones de laboratorio:

PmmHg T(°C) %HR756 22 96

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