Universidad Autónoma de San Luis Potosí

Universidad Autónoma
de
San Luis Potosí
Facultad de Ciencias
Químicas
Laboratorio de Fisicoquímica I
Nombre de la práctica:
Presión de vapor de un líquido puro
Pre laboratorio no. 7
Alumno: Antonio Díaz de León Bautista
Fecha: 5 de Mayo del 2015
Día: Martes
Hora: 7:00-9:00
Maestro de la práctica:
Maribel Emilia Martínez Partida
Calificación _________
Presión de vapor de un líquido puro
Objetivo:
El alumno determinara la presión de vapor de un líquido puro a diferentes
temperaturas mediante un método dinámico, calculara su entalpia de vaporización
y su punto de ebullición normal.
Guía de estudios:
1.- ¿Qué es presión de vapor de un líquido?
La Presión de vapor es la presión a la que a cada temperatura la fase líquida y
vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de
líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las
fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado.
2.- ¿Cuál es la variable que más afecta a la presión de vapor de un fluido?
-La naturaleza del líquido y La temperatura
La naturaleza del líquido
El valor de la presión de vapor saturado de un líquido, da una idea clara de su
volatilidad, los líquidos más volátiles (éter, gasolina, acetona etc.) tienen una
presión de vapor saturado más alta, por lo que este tipo de líquidos, confinados en
un recipiente cerrado, mantendrán a la misma temperatura, una presión mayor
que otros menos volátiles.
La temperatura
La relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias,
no es una línea recta. La explicación de este fenómeno se basa en el aumento de
energía de las moléculas al calentarse. Cuando un líquido se calienta, estamos
suministrándole energía. Esta energía se traduce en aumento de velocidad de las
moléculas que lo componen, lo que a su vez significa, que los choques entre ellas
serán más frecuentes y violentos. Es fácil darse cuenta entonces, que la cantidad
de moléculas que alcanzarán suficiente velocidad para pasar al estado gaseoso
será mucho mayor, y por tanto mayor también la presión.
3.- Explique la ecuación de Clausius-Clapeyron para la vaporización de un líquido.
La ecuación de Clapeyron expresa la dependencia cuantitativa de la temperatura
de equilibrio con la presión, o la variación de la presión de equilibrio con la
temperatura.
Empleando esta ecuación, podemos representar de forma esquemática la presión
de equilibrio en relación con la temperatura para cualquier transformación de fase.
La ecuación Clausius-Clapeyron es una forma de caracterizar el cambio de fases
entre un líquido y el sólido. En un diagrama presión-temperatura, la línea que
separa ambos estados se conoce como curva de coexistencia. La relación de
Clausius-Clapeyron da la pendiente de dicha curva.
Matemáticamente se puede expresar como:
𝑑𝑃
∆𝐻
=
𝑑𝑇 𝑇∆𝑉
Donde dP/dT es la pendiente de dicha curva, ΔH es el calor latente o entalpía del
cambio de fase y ΔV es el volumen.
4.- Defina entalpia de vaporización
La entalpía de vaporización, es la energía necesaria para transformar una
cantidad determinada de una sustancia a partir de un líquido en un gas a una
presión dada.
El calor de vaporización es dependiente de la temperatura, a través de una
constante de calor de vaporización se puede suponer para los pequeños intervalos
de temperatura y sobre Tr << 1. El calor de vaporización disminuye con el
aumento de temperatura y que desaparece por completo a la temperatura crítica,
porque por encima de la temperatura crítica de las fases líquida y de vapor ya no
coexisten.
5.- Deduzca la ecuación (3)
Para la transición de líquidos a vapor P es la presión a la temperatura T, H= ΔH es
el calor de vaporización de un peso dado de líquido, y Vg = volumen del gas,
mientras que Vc = es el volumen molar del solido o líquido.
En consecuencia, para la vaporización la ecuación de Clausius-Clapeyron puede
escribirse así:
A temperatura no muy próxima a la crítica Vc es muy pequeña comparada con V g
y puede despreciarse. Así a 100ºC, Vg del agua es 1671 cc por gramo, mientras
que Vc es solo 1.04 cc por gramo. Además si suponemos que el vapor se
comporta esencialmente como un gas ideal, entonces Vg por mol viene dada por:
𝑉𝑔 = 𝑅𝑇/ 𝑃
La ecuación anterior se transforma en:
Esta ecuación es conocida como ecuación de Clausius-Clapeyron.
Integrando esta nos queda de la siguiente forma:
Siendo Po la presión del vapor a To y P la presión de vapor a T, siendo Po=1atm,
queda de esta forma:
Sacando constantes queda.
𝐼𝑛𝑃 =
∆𝐻 1
( )+𝐶
𝑅 𝑇
Además comparamos la ecuación con la de una línea recta y= mx + b, sugiere que
si Log10 P para un líquido se gráfica contra 1 / T, la gráfica debe ser una línea
recta con:
PENDIENTE
m = ΔV/RT
INTERSECCION
b=C
6.- Describa dos métodos para medir la presión de vapor de un líquido puro.
Presión osmótica de una solución: Supongamos un líquido
envasado en un recipiente, en el espacio por encima de del líquido, el
vapor está encerrado junto con otro gas que es insoluble en líquido.
La presión del vapor p, más la presión de otro gas es igual a P, la
presión total ejercida sobre el líquido.
Siendo su condición de equilibrio
7.- Defina punto de ebullición.
Se define punto de ebullición de un líquido como la temperatura a la cual la
presión del vapor es igual a la presión externa. Cuando se aplica calor a un
líquido, su presión de vapor aumenta hasta hacerse igual a la presión atmosférica.
El punto de ebullición varía con la presión externa que existe por encima de la
superficie del líquido. Al descender la presión, el punto de ebullición disminuye; un
aumento en la presión aumenta el punto de ebullición.
8.- Defina punto de ebullición normal de un líquido.
PUNTO DE EBULLICION NORMAL (nbp)
Temperatura a la que la presión de vapor de un líquido alcanza 760 mm. De
mercurio.
9.- Deduzca:
a) La varianza para un sistema de un componente que presenta una fase.
Cuando existe solo una fase de se necesitan dos variables y el sistema tiene dos
grados de libertad o es bivariante.
b) La varianza para un sistema de un componente en equilibrio con dos fases.
La coexistencia de dos fases en equilibrio implica la condición
Lo cual significa que las dos variables intensivas requeridas ordinariamente para
describir el estado de un sistema, no son independientes entra si, si no que están
relacionadas, debido a esta relación se necesita solo una variable intensiva, la
temperatura o la presión, para describir el estado del sistema, el sistema tiene un
grado de libertad univariante.
10.-Interprete los resultados de la varianza para los dos casos del inciso anterior.
La varianza, F, de un sistema es el número de variables intensivas que se pueden
modificar en forma independiente sin alterar el número de fases en equilibrio.
En un sistema formado por una sola fase y un componente (C=1, P=1), se puede
modificar la presión y la temperatura en forma independiente sin cambiar el
número de fases, por lo tanto, F=2.
Sera un sistema bivariante, o de dos grados de libertad, si dos fases están en
equilibrio (un líquido y su vapor, por ejemplo) en un sistema de un componente
(C=1, P=2), podemos modificar la temperatura (o la presión), pero para mantener
el número de fases en equilibrio, el cambio de temperatura (o presión) debe
acompañarse de un cambio de presión (o temperatura). Es decir, la varianza del
sistema disminuye a 1.
Inicio
Procedimiento:
Abra la llave del agua para que corra
agua fría libremente por el
refrigerante
1
Baje la presión del sistema usando la
bomba de vacío conectada al
sistema
2
Caliente el líquido con un mechero
de alcohol hasta ebullición
3
Anote temperatura y presión
manométrica cuando exista
condensación en el refrigerante y la
temperatura permanezca constante
4
Aumente la presión del sistema
10 cm Hg abriendo la llave de
entrada de aire.
5
Caliente el líquido nuevamente
hasta ebullición, anote la
temperatura y presión
manométrica
6
1
1
Repita proceso 5 y 6 hasta llegar
a presión atmosférica
7
Anote la presión barométrica y
la temperatura ambiente.
8
Fin 