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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I PRESION DE VAPOR

RESUMEN:En esta tercera practica debemos de tener mucho cuidado en el manejo de mercurio ,El objetivo de este experimento es principalmente determinar la presin de vapor de los lquidos mediante el Mtodo Esttico, a temperaturas mayores que la ambiental y con ellas calcular el calor molar de vaporizacin del lquido.

El equipo que se arma para esta prctica consiste en un sistema de cambio de presin es decir cuando el agua cambie de estado (liquido vapor ) llegando a un equilibrio , en el cual cambiaremos de direccin de la presin generada por el vaco al no aumentar de temperatura de 100 C y al disminuir, y abrir la llave que conecta el matraz al manmetro y tomar las medidas de las alturas para un intervalo de 1C.

Para ello se presentaron condiciones experimentales del laboratorio con las que se llev a cabo la prctica, estas fueron

Temperatura ambiente de 24C, Presin Baromtrica de 756 mmHg y con 97 % de humedad relativa. Los resultados obtenidos en este experimentos fueron:

(Hv de la grafica = - 8133,453 cal/mol , (Hv de la ecuacin de Clayperon =8682,762 cal/mol, % error de (Hv de la grafica = 19,51 que es un error por defecto , % de error de (Hv de la ecuacin de Clayperon = 10,671 que tambin es un error por defecto.

La conclusin mas resaltante es que se comprob experimentalmente que conforme disminuye la temperatura, disminuye tambin la presin de vapor del liquido; lo que quiere decir que la presin de vapor tiene una relacin directa con la temperatura.

INTRODUCCIN

Atreves de este experimento vemos lo importante que es conocer ms del comportamiento de los gases en general , para as entender nuestra realidad y as desarrollar nuevas tcnicas a base de las propiedades o comportamiento fsico y qumico de los gases como determinar el calor molar de vaporizacin del agua, mediante el mtodo que aunque se empleen aparatos sencillos nos permita obtener resultados de gran exactitud, ya que se realiza un grafico de Ln P vs. 1/T , con los datos experimentales obtenidos en el cual al medir la pendiente de la lnea se puede medir el calor molar de vaporizacin del agua. PRINCIPIOS TERICOS :

Importancia para el Derecho Ambiental

Elndice de peligrosidad(Ip) de una sustancia est determinado por el cociente entre la presin de vapor de la sustancia y suCMP(concentracin mxima permitida) en condiciones estndar (25 C y 1 atm), por lo que esta propiedad nos permite analizar la viabilidad del uso de una sustancia para actividades determinadas, debido a que indica la probabilidad de que la misma se volatilice.

Presin de vapor saturado:

Es cuando el vapor se encuentra en equilibrio con su liquido. La presin de vapor saturado depende esencialmente de la temperatura y es idntica a la presin de vapor de su liquido a la misma temperatura. Las presiones de vapor de los lquidos a presiones de sus vapores saturados, aumentan con la temperatura en una forma mas rpida que los gases ordinarios.

La temperatura de ebullicin o normal:

Es la temperatura para la cual la presin del vapor saturado de un liquido alcanza el vapor de 760 torr , tambin se puede definir como la temperatura a la cual la presin de vapor es igual a la presin externa.

Las leyes de la ebullicin son las 3 siguientes:

La temperatura de ebullicin de un mismo liquido es invariable bajo una presin constante.

Durante la ebullicin la temperatura del liquido permanece constante, cualquiera que sea la intensidad del foco calorfico.

Un liquido hierve cuando su presin de vapor llega a ser igual a la presin del medio que soporta.

Ecuacin de Clausius-Clapeyron:

Est dada por la relacin cuantitativa entre la presin de vapor P de un lquido y la temperatura absoluta T . la ecuacin ser:

ln P = - (((v) + C

RT

Donde ln es el logaritmo natural, R es la constante de los gases ( 8.314 J/K.mol) y C es una constante.

La ecuacin tiene la forma de la ecuacin lineal y = mx + b

ln P = - ( ((v )* 1 + C

R T

( ( ( (Y = m * x + b

DETALLES EXPERIMENTALES :

a) Materiales y reactivos :Materiales: Equipo para determinar presin de vapor por el mtodo esttico, consistente de un matraz con tapn bihoradado, termmetro, manmetro, llave de triple paso, cocinilla.

Reactivos: Agua destilada.

b) Procedimiento experimental :

Mtodo Esttico

1) Se revis y verifico el equipo instalado en la mesa.

2)aunque ya encontramos el equipo 1 de la gua de la pgina 25 de la gua ,empezamos en igualar el mercurio ala presin atmosfrica , el nivel de mercurio en cadalado es el mismo y seguidamente empezamos a calentar el agua del baln hasta los 100cSe calent el agua hasta ebullicin, la temperatura no debe exceder a 100 C. Se retiro inmediatamente la cocinilla para evitar trasmisin de calor al sistema al enfriar y paralelamente se invirti la posicin de la llave.

.

3) Al bajar la temperatura desde 99 C anotamos el traslado del mercurio por cada grado que baje hasta llegar a los 80 C y esto sucede por el vaco que se genera al enfriar el vapor4) por ltimo se invirti la posicin de la llave conectada al baln y paso a la presin del ambiente esto se hace por que se a presentado el caso que el mercurio a pasado al baln.

TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

TABLA N1

Condiciones Experimentales

P (mmHg)756

T (0 C)24

%HR97

TABLA N2

Datos experimentales

Tabla 2.1.

T ( C )H ( cm )

993,4

984.0

974.3

965,4

956,4

947,5

938,6

929,5

9110,4

9011,4

8912,3

8813,3

8714.0

8614,4

8515,6

8416,4

8317,1

8217,9

8118,6

8019,4

Tabla 2.2.

Hv de la grafica ( cal/mol )5961

Hv de la ecuacin de Clayperon ( cal/mol)7611,832

Tabla 2.3.

Presin de vapor de acuerdo a la temperatura del agua

T ( K )P manomtrica (mmHg)Pv = Patm P man (mmHg)

37268688

37180676

37086670

369108648

368138618

367150606

366172584

365190566

364208548

363228528

362246510

361266490

360280476

359298458

358312444

357328428

356342414

355358398

354372384

353388368

Tabla 2.4.

Valores experimentales del calor molar de vaporizacin

= Hv

Rango de temperatura

( K )Presion de vapor

( mmHg )

H V

( cal/mol )

372

3716886764825.283

370

3696706489057.400

368

3676186065262.056

366

3655845668371.807

364

363548

5289761.209

362

3615104909865.193

360

3594764589899.294

358

3574444289320.331

356

3554143989897.520

354

35338436810567.531

TABLA N3

Datos tericos

R ( cal/mol - K )1,987

Hv ( cal/mol)9720

TABLA N4

Tabla 4.1.

% de error de la grafica

Hv teorico ( cal/mol)9720

Hv experimental ( cal/mol)8133.453

% de error19,51

Tabla 4.2.

% de error de la ecuacin

Hv teorico ( cal/mol)9718

Hv experimental ( cal/mol)8682.762

% de error10.671

6.- EJEMPLO DE CALCULO

a) Calculo de la presin de vapor experimental

Pv = P atm P man

Siendo : P atm = 756 mmHg

P man = 2 * 10 * H mmHg

Para H = 3.4 cm

P man = 3,4 cm * 10 * 2 = 68 mmHg

Pv = ( 756 68 )mmHg

Pv = 688 mmHg

Anlogamente se calculan las presiones de vapor para las otras temperaturas .

b) Calculo del calor molar de vaporizacin ( Hv )

Por el mtodo grafico :

De la grafica Ln P vs. 1/T se obtiene una funcin lineal, cuya ecuacin ser y = mx + b la cual se relaciona con la ecuacin de Clausius Clapeyron:

ln P = - ( ((v )* 1 + C

R T

( ( ( ( Y = m * x + b

Tomando en cuenta 2 puntos alineados de la grafica :( 2,690 * 10 3 ; 6,1654 ) y ( 2,780 * 10 3 ; 6,5338 )

m = ( 6,534 6,1654 ) = -4093,3(2,780 * 10-3 2,690 * 10-3 )

((v = m * R

((v = 1,987 cal/mol * -4093((v = - 8133,453 cal/mol

Por el mtodo analtico :

Se utiliza la formula de Clausius Clapeyron

(Hv = R * ln(P2 /P1)*(T2T1 )( T2 T1 )

Para T1 = 360 K P1 = 476 mmHg

T2 = 359 K P2 = 458mmHg

Reemplazando:

(Hv = 1,987 cal/mol - K * ln (476 / 458) * ( 359 * 360 ) K 2( 359 - 360 ) K

(Hv = 9899.294 cal/molDe manera similar se obtuvieron los demas valores de (Hv ver tabla 2.4.

Calculando el promedio de (Hv :

(Hv= .. = 8682,762 10

Calculo del % de error

(Hv teorico = 9720 cal/mol

% error para el mtodo grafico :

% error = 9720 8133,453 * 100 = 19,51 % error por defecto

9720% error por el mtodo analtico:

% error = 9720 8682,762 * 100 = 10,672 % error por defecto

9720c) Calculo de la expresin matemtica de variacin de la presin de vapor con la temperatura.

ln P = - ( ((v )* 1 + C

R T

Se sabe que ln P y 1/T son variables y C es constante, entonces

ln P = - 4093,33* 1 + C

T

Se toma Ln P = 6,573 1/T = 2,703 * 10 3

que corresponde a la temperatura de 370 K y presin de vapor de 9057,4mmHg

Reemplazando :

6,573 = - 4093,33 * 2,703 * 10-3 + C

C = 17,637Entonces la expresin matemtica ser :

Ln P = - 4093,33 * ( 1/t ) + 17,637 ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS :El % de error del calor de vaporizacin por el mtodo analtico es de 10,671 que es un error por defecto y el % de error del calor de vaporizacin por el mtodo grafico es 19,51 que tambin es un error por defecto ; estos porcentajes de error pueden deberse a :

-El retiro de la cocinilla tambin influye en el porcentaje de error ya que se debe retirar rpidamente.

-La mala lectura del termmetro y de las alturas, que pueden ser resultado de la inexperiencia del analista.

-Al tomar resultados con demasiados o muy pocas cifras significativas.

-A la inexactitud de los instrumentos de medida como el termmetro y la regla que se usa para medir las alturas.

Y concluimos que Tambin se puede observar que a medida que la temperatura disminuye la presin de vapor tambin disminuye ya que son directamente proporcionales.

8.- CONCLUSIN Y RECOMENDACIONES :

Al empezar la prctica encontramos mercurio derramado esto se debe a que los alumnos del horario de la maana no tuvieron cuidado por eso aqu presentamos algunas recomendaciones para evitar derrames de mercurio A menor temperatura del sistema aumenta la presin manomtrica, y por lo tanto disminuye la presin de vapor del sistema.

Antes de empezar con el experimento se debe igualar los brazos del manmetro que contiene mercurio y desde ese valor comenzar a medir las diferencias de alturas.

Al terminar la practica cambiar de posicin de la llave que este conectada al baln y as evitar que el mercurio pase al baln.

El mercurio que se encuentra en el manmetro sube debido a que la presin de vapor disminuye al disminuir la temperatura.

No se debe sobrecalentar el agua que esta en el baln ya que provocaramos un aumento en la presin externa del sistema.

El calor de vaporizacin de un liquido aumenta con la temperatura.

9.- BIBLIOGRAFA :

- Pons Muzzo, Gastn , Fisicoqumica , 6ta edicin , Ed. Universo, Per 1985. Pgina : 205, 297, 209.

- Pons Muzzo, Gastn , Tratado de Qumica Bsica , versin S.I., 1ra edicin , Ed. Bruo , Per 1987. Pginas : 215 217

- Glasstone ; Tratado de Qumica Fsica , 7ta edicin , Ed. Aguilar , Ao 1979. Pgina : 401-405 , 414 416.

- Castellan W. , Gilbert, Fisicoqumica , 2da edicin , Ed. Fondo educativo interamericano, Mxico 1987. Pgina: 89,90,91.

10.- APNDICE :

Cuestionario :1.- Analice la relacin que existe entre los valores del calor molar de vaporizacin y la naturaleza de la sustancia.

El factor mas importante que determina la magnitud de la presin de vapor de equilibrio lo constituye la propia naturaleza liquido. Como se sabe que las molculas de todos los lquidos estn dotados de la misma energa cintica de traslacin a una determinada temperatura , resulta que la presin de vapor depende exclusivamente sobre los valores de las fuerzas atractivas moleculares , pues entonces ser pequea la velocidad de perdida de molculas de sus superficies la cual corresponde a una baja presin de vapor. La magnitud de estas fuerzas atractivas depende del tamao y naturaleza de las molculas , de tal modo que de comn aumentan de valor segn el aumento en tamao y en la complejidad de la molcula. Sus presiones de vapor a una misma temperatura son menores segn sus pesos moleculares mas grandes.

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

Se enva una corriente de gas portador inerte sobre la sustancia para que aqul se sature de vapor de sta. La medida de la cantidad de sustancia transportada por un volumen conocido de gas portador puede realizarse o bien mediante su recogida en un sifn adecuado o bien mediante una tcnica analtica acoplada. As se puede calcular despus la presin de vapor a una temperatura dada.

Intervalo recomendado: de 10 -4 hasta 1 Pa. Este mtodo puede utilizarse tambin en el intervalo de 1 a 10 Pa siempre que se tenga cuidado.

Aparato: El aparato utilizado en el presente mtodo se compone tpicamente de cierto nmero de elementos que se representan y se describen a continuacin.

Gas inerte: El gas de arrastre no debe reaccionar qumicamente con la sustancia problema. El nitrgeno sirve en la mayora de los casos pero, a veces, pueden ser necesarios otros gases (10). El gas elegido debe estar seco (vase el nmero 4 de la figura 6a: sonda de humedad relativa).

Control de flujo gaseoso: El sistema de control adecuado de gases es indispensable para lograr un flujo constante y determinado a travs de la columna de saturacin.Colectores de vapor: Su eleccin depende de las caractersticas de la muestra, as como el mtodo de anlisis utilizado. El vapor debe recogerse cuantitativamente y de manera que permita el anlisis posterior. Con determinadas sustancias, se utilizarn colectores con lquidos como el hexano o el etilenglicol. Con otras, se podrn utilizar absorbentes lquidos.Como alternativa a la recogida de vapor y su anlisis posterior, pueden utilizarse tcnicas analticas incorporadas en serie, como la cromatografa, para determinar la cantidad de material arrastrado por una cantidad conocida de gas de arrastre. Adems, puede medirse la prdida de masa de la muestra.

Intercambiador de calor: Para determinaciones a diferentes temperaturas, quiz sea necesario incluir en el aparato un intercambiador de calor.Columna de saturacin: La sustancia problema se deposita a partir de una solucin sobre un soporte inerte, que se introduce una vez recubierto en la columna de saturacin. Las dimensiones de sta y la velocidad de la salida deben elegirse de forma que garanticen la saturacin completa del gas de arrastre. La columna debe estar termostatizada. En las determinaciones efectuadas a temperaturas superiores a la del ambiente, se debe calentar el espacio entre la columna y los colectores para impedir la condensacin de la sustancia.Con el fin de disminuir el arrastre de masa debido a la difusin, puede colocarse un capilar tras la columna de saturacin

3.-Adjunte una publicacin cientfica Valores 1/t y Ln para el grafico1/T *10 3Ln P

2,6886,5338

2,6956,5162

2,7036,5073

2,7106,4738

2,7176,4265

2,7256,4069

2,7326,3699

2,7406,3386

2,7476,3063

2,7556,2691

2,7626,2344

2,7706,1944

2,7786,1654

2,7866,1269

2,7936,0958

2,8016,0591

2,8096,0259

2,8176,9865

2,8256,9606

2,8336,9080

INDICE

Pgina

Introduccin.

1

Resumen.

2

Principios tericos.

3

Detalles experimentales

5 Tabulacin de datos experimentales, tericos y

Resultados con porcentaje de error.

7

Clculos.

9

Discusin y anlisis de resultados.

14

Conclusiones y Recomendaciones.

15 Bibliografa.

16 Apndice.

17- 1 -

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_1125571208.unknown

_1125571220.unknown

_1125568625.unknown

_1125568715.unknown