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• DiegoAlonsoGonzalesRomero

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INTRODUCCIÓN

La presión de vapor es una de las propiedades más importante y útil de los líquidos, de algunos sólidos y de las disoluciones líquidas a las condiciones que predominan en nuestro entorno ecológico. La propiedad en estudio es una variable importante en el diseño y operación de procesos industriales Químicos, Físicos y Biológicos como consecuencia de la existencia de interfase en las que participe un vapor. Para entender la presión de vapor debemos conocer cómo se produce el vapor y de que factores depende.

OBJETIVOS



Analizar y la presión del vapor de agua que ejerce esta a una cierta cantidad de mercurio en un tubo en forma de U



En base a los datos obtenidos del anterior análisis, comprobar que la presión de vapor de agua depende de la temperatura, es decir, corroborar la curva de equilibrio líquido-vapor.

FUNDAMENTO TEÓRICO La presión de vapor saturado es la presión en la que la fase líquida y vapor se encuentran en equilibrio dinámico; 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 del líquido saturado y vapor saturado. Esta propiedad posee una relación inversamente proporcional con las Fuerzas de Atracción Intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el módulo de las mismas, mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestación) para vencerlas y producir el cambio de estado. El factor más importante que determina el valor de la presión de saturación es la propia naturaleza del líquido, encontrándose que en general entre líquidos de naturaleza similar, la presión de vapor a una temperatura dada es tanto menor cuanto mayor es el peso molecular del líquido. Se define como presión de vapor en equilibrio de un líquido en contacto con su vapor, o simplemente, presión de vapor a una temperatura determinada, a la presión que ejercen las moléculas que escapan de la fase líquida (en equilibrio con las que retornan de la fase vapor). Dicha presión de vapor aumenta al elevarse la temperatura, llegándose a un límite que es la presión crítica, en el que la fase líquida desaparece. Cuando la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa que ejerce el gas en contacto con el líquido, se observa la formación de burbujas en el seno del líquido y se dice que éste entra en ebullición. Así pues, el punto de ebullición de un líquido se define como la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión externa. Si se produce una disminución de la presión externa, el punto de ebullición disminuye, mientras que un aumento de la presión externa provocará un aumento del punto de ebullición. Las moléculas de un líquido se mueven debido a la temperatura a la que se encuentran, escapando algunas moléculas que poseen una velocidad superior a la media a través de la superficie libre y pasando a la fase gaseosa. Asimismo, las

moléculas de vapor al chocar con la superficie libre se incorporan a la fase líquida. En las condiciones adecuadas se llegará a un equilibrio entre ambos movimientos. Se puede demostrar experimentalmente que la presión de vapor es independiente de la masa del líquido y del espacio ocupado por el vapor, y que sólo depende de la naturaleza del líquido y de la temperatura a la que está sometido el líquido.

Influencia de la temperatura La presión de vapor de un líquido aumenta con el incremento de la temperatura. La magnitud del incremento de presión de vapor con la temperatura es característica del líquido particular. Las variaciones de presión de vapor con la temperatura de varios líquidos se muestran en la imagen.

Fig.1 Gráfica que muestra como la temperatura influye en la presión de vapor de la acetona, benceno, agua, ácido acético.

Punto de ebullición Temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra. Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso. 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). El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (−268,9 °C) de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos (5555 °C). El punto de ebullición normal puede ser calculado mediante la fórmula de Clausius-Clapeyron:

)

donde:

)

TB

= es el punto de ebullición normal (K)

R

= es la constante de los gases, 8.314 J · K-1 · mol-1

P0

= es la presión de vapor a la temperatura dada (atm)

∆Hvap

= es la entalpía de vaporización (J/mol)

T0

= la temperatura a la que se mide la presión de vapor (K)

ANEXOS Método de los mínimos cuadrados Mínimos cuadrados es una técnica de análisis numérico enmarcada dentro de la optimización matemática, en la que, dados un conjunto de pares ordenados: variable independiente, variable dependiente, y una familia de funciones, se intenta encontrar la función continua, dentro de dicha familia, que mejor se aproxime a los datos (un "mejor ajuste"), de acuerdo con el criterio de mínimo error cuadrático. Considerando los valores experimentales (x1,y1),

(x2,y2)…

….,(xn,yn)

queremos

construir una función F(x) de manera que los puntos

(xi, F(xi) ) casi coincida con los

puntos anteriores.

Fig. Conjuntos de pares ordenados ajustados a una recta

Recta mínimo cuadrática La recta mínimo cuadrática que ajusta el conjunto de puntos (x1, y1), (x2, y2),……, (xn, yn) tiene por ecuación: F(x) = a0 + a1x Por lo tanto primero se calculara la suma de las desviaciones: S = (a0 + a1x1 – y1)2 + (a0 + a1x2 – y2)2 +…………. + (a0 + a1xn – yn)2 Para obtener el mínimo de S igualamos a cero las derivadas parciales de D con respecto los coeficientes a0 y a1. ∂S/(∂a₀)= 2[(a₀ + a₁x₁ – y₁) +(a₀ + a₁x₂ – y₂) +...+ (a₀ + a₁xn – yn) ] = 0

∂S/(∂a₁)= 2[(a₀ + a₁x₁ – y₁)x₁ +(a₀ + a₁x₂ – y₂)x₂ +...+ (a₀ + a₁xn – yn)xn ]=0

PROCEDIMIENTO 1. Llene con agua hasta la mitad del matraz y luego colocar el tapón con el tubo en forma de U invertido teniendo cuidado que el bulbo del termómetro este bastante cerca del líquido pero sin tocarlo.

2. Mediante un calentador lleve el líquido al punto de ebullición y mantenerlo en estas condiciones hasta desalojar todo el aire contenido en el matraz y en el tubo.

3. A continuación introduzca el extremo libre del tubo en U en el interior del tubo de ensayo que contiene determinada cantidad de mercurio, quitando al mismo tiempo la fuente de calor. Verifique que el extremo inferior del tubo en U llegue al fondo del tubo de ensayo.

4. A medida que disminuya la temperatura del vapor observe que el mercurio asciende por el tubo en U lo cual indica que la tensión del vapor está descendiendo. Mediante el desnivel que existe entre la columna del mercurio en el tubo de ensayo puede conocerse la tensión de vapor que corresponde a cada temperatura.

5. Finalizada la experiencia, recupere el mercurio abriendo lentamente la válvula que hay en el tapón del matraz.