Determinacion de la presión de vapor

FISICOQUÍMICA
TRABAJO DE LABORATORIO Nº 2
TEMA: Equilibrio líquido-vapor. Presión de vapor y entalpía de
vaporización del agua.
OBJETIVO
Determinación de la presión de vapor del agua a distintas temperaturas.
Cálculo de la entalpía de vaporización del agua a partir de los datos experimentales
aplicando la ecuación de Clausius-Clapeyron.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Si se considera una muestra líquida de una sustancia pura en un recipiente cerrado, la
presión del vapor en equilibrio con el líquido se denomina presión de vapor.
La presión de vapor depende de la naturaleza del líquido y aumenta con la
temperatura hasta la temperatura crítica.
La ecuación de Clausius-Clapeyron (1) expresa la variación de la presión de vapor
con la temperatura:
∆ (1)
La integración de la ecuación anterior conduce a la ecuación que se indica a
continuación:
∆ (2)
donde es la presión de vapor de la sustancia, ∆ es el calor latente de vaporización
del líquido, T es la temperatura (debe expresarse en K) y C la constante de integración.
En la deducción de la ecuación anterior se ha considerado que el volumen de líquido
es despreciable frente al volumen del gas y que el calor latente de vaporización del
líquido es constante en el intervalo de temperatura considerado.
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MATERIAL NECESARIO
Agua destilada, probeta de 10 mL, vaso de precipitado de 1 L, termómetro, varilla para
agitar.
PROCEDIMIENTO
1. Llenar con agua destilada una probeta graduada de 10 ml dejando un volumen
libre de aproximadamente 3 mL, medido desde el borde. Cubrir el extremo con un
dedo e invertirla rápidamente introduciéndola en el vaso de precipitado de 1 L,
que ha sido llenado previamente con agua
2. Agregar agua al vaso de 1 L, si fuera necesario, para que el aire dentro de la
probeta quede totalmente cubierto de líquido. Luego calentar con un mechero de
laboratorio hasta aproximadamente 80ºC. Nota: agitar (con cuidado), el agua del
baño para evitar gradientes de temperatura.
3. Leer el volumen de aire con una aproximación de 0,1 mL y la temperatura del
baño con una apreciación de 0,2ºC.
4. Una vez que la temperatura es (aproximadamente) de 80ºC, retirar el fuego
permitiendo que el agua comience a enfriarse. Leer el volumen que ocupa el gas,
en intervalos de 2ºC, a medida que disminuye la temperatura hasta alcanzar 60ºC.
5. Enfriar rápidamente el sistema, quitando en agua caliente y agregando hielo hasta
que cubra toda la probeta, hasta alcanzar una temperatura cercana o igual a 0ºC
(entre 3ºC y 0ºC), de modo tal que el contenido de vapor de agua sea despreciable,
y mida el volumen que ocupa el gas a esa temperatura.
6. Averigüe el valor de la presión atmosférica para luego efectuar los cálculos.
CÁLCULOS
1. Registrar los datos experimentales de temperatura y volumen en la Tabla 1. El uso
de una probeta graduada invertida de 10 ml, involucra un pequeño error
sistemático debido a que el menisco de la interfase vapor de agua-líquido está
invertido. Se ha estimado que la introducción de volúmenes conocidos de aire en
un cilindro lleno de agua, involucra un error de 0,2 mL si el cilindro está graduado
hasta 10 ml, por lo tanto, en este caso todos los volúmenes deben ser corregidos
restándoles 0,2 mL para compensar el error del menisco invertido.
2. Usando los valores medidos de volumen, temperatura y presión atmosférica a
temperatura menor que 3ºC calcular el número de moles de aire utilizando la
ecuación (3). Suponga que la presión de vapor de agua es despreciable comparada
con la presión atmosférica a esa temperatura tan baja. Registrar los resultados en
la Tabla 1.
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(3)
3. Calcular la presión parcial de aire en la mezcla de gases a cada temperatura
usando la ecuación (4).
(4)
4. Calcular la presión de vapor de agua a cada temperatura utilizando la ecuación
(5).
(5)
Tabla 1. Datos experimentales y calculados.
Volumen
Temperatura Volumen
Volumen
de vapor
N°Evento del sistema medido T (K) de aire
de agua
(mL)
(°C)
(mL)
(mL)
Presión Presión de
parcial de vapor de -1 -1
T (K )
aire
agua (Pv)
(hPa)
(hPa)
ln Pv
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5.
Graficar vs 1/T. Verificar si se obtiene una relación lineal y si es así
determinar la pendiente de la recta obtenida.
6.
Calcular ∆ del agua usando la ecuación (2). Compare el valor obtenido con
el de literatura y calcule el error en su determinación.
7. Determinar la presión de vapor de agua a 65ºC usando el gráfico. El valor de
literatura es 250,42 hPa
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