• Author / Uploaded
• Jose Antonio Chavez Biais

Citation preview

INTRODUCCIÓN La presión de vapor es la máxima presión parcial del vapor en la presencia del líquido medido en el equilibrio a una temperatura dada. Su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan simultáneamente. Los líquidos e incluso algunos sólidos se evaporan continuamente. Es necesario tomar en cuenta que las moléculas en un líquido tienen una distribución de energía cinética. Las moléculas que se mueven hacia afuera de la superficie y hacia la fase vapor solo podrán escapar si su energía cinética es mayor a cierto valor mínimo igual a la energía potencial que resulta de la atracción de las moléculas en el seno del líquido. Algunas moléculas en el vapor colisionan con la superficie del líquido y se adhieren a ella: es decir, el vapor se condensa en líquido. La velocidad de la condensación aumenta en forma estable conforme se incrementa el número de moléculas en el volumen de vapor, hasta que la velocidad a la que se condensan las moléculas es igual a la velocidad a la que se evaporan. Cuando las velocidades de vaporización y condensación se han vuelto iguales, el número de moléculas en el vapor deja de aumentar y se vuelve constante la presión parcial del vapor (medida por el cambio de la altura de la columna de vapor) alcanza un valor constante que es su presión de vapor. El líquido y vapor están en equilibrio. Aunque la presión parcial del vapor no cambia, todavía hay moléculas que se separan del liquido y otras que se adhieren a el, Por esta razón se habla de un equilibrio dinámico en el que los procesos moleculares (en este caso vaporización y condensación) ocurren continuamente. La presión de vapor de una sustancia depende de la temperatura. Conforme aumenta la temperatura, la energía cinética del movimiento molecular se vuelve más grande y la presión de vapor se incrementa, se dice que los líquidos y sólidos con presión de vapor relativamente alta a temperaturas normales son volátiles. La presión de vapor de un líquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto crítico del líquido. Cuando se aumenta la temperatura es aumentada o mayor la porción de moléculas, estas toman la energía necesaria para hacer el cambio de liquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el liquido. Hay un ascenso lento a bajas temperaturas, y luego uno muy rápido como puede observarse como aumento de la pendiente de las curvas. Esta variación de la presión de vapor con la temperatur a se expresa matemáticamente con la ecuación de Clausius-Clapeyron.

Ecuación de Clausius Clapeyron: Relación cuantitativa entre la presión de vapor de un líquido (mmHg) yl a temperatura (ºK)

Pvap = Presión de vapor de la sustancia (mmHg) ∆H vap = entalpía de vaporización de la sustancia (J/molºK) R= constante del gas ideal = 8.314J/molºK o 1.9872cal/molºK T = temperatura de equilibrio (ºK) C = constante de integración: valor de P cuando1/T =0

La presión de vapor de un compuesto puro puede calcularse a través de las ecuaciones hiperbólicas de Antoine Ecuación de Antoine La correlación de Antoine (1888) es una ecuación hiperbólica que permite estimar la presión de vapor de una sustancia pura.



Donde A, B y C son los coeficientes disponibles para diferentes unidades de presión y temperatura.

OBJETIVOS 1. Determinar la presión de vapor, aplicando la ecuación del gas ideal. 2. Aplicar la ecuación de Clausius-Clapeyron al equilibrio Líquido- vapor. 3. Determinar las ecuaciones de Antoine, Harlacher y Liley para el equilibrio líquido- vapor.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Verter agua en la probeta hasta la marca de 6ml (aproximadamente). 2. Introducir la probeta invertida en el vaso de precipitados de 2L. que se ha llenado previamente con agua. Una muestra de 4 a 4.5ml de aire deberá quedar atrapada dentro de la probeta. La probeta deberá quedar completamente sumergida en el agua. Ver figura 9. 3. Colocar el termómetro en el agua, el bulbo del termómetro deberá quedar a la altura del aire atrapado en la probeta. 4. Agregar hielo al vaso hasta que la temperatura este por debajo de 3°C, Utilice hielo para este fin). Mida la temperatura y el volumen del aire atrapado en la probeta. 5. Calentar y agitar hasta que la temperatura este por encima de 30°C y volver a medir la temperatura y volumen. 6. Seguir calentando y agitando. Toma mediciones adicionales de temperatura y volumen. E total se deben hacer 12 lecturas, siendo la última por encima de 75°C.

TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES P= 759.77 Torr

T/ °C V Aire/ml

1 3 4.8

2 3 4 31 34 37 5.4 5.6 5.8

5 40 6.0

6 43 6.0

7 46 6.2

8 49 6.4

9 51 6.6

10 54 6.8

11 60 7.2

12 75 9

ANALISIS DE RESULTADOS 1. Investigue el valor de la presión atmosférica del lugar donde llevo a cabo el experimento.

lnP2=lnP1 –

(

)

Heb H2O= Tebu. a 1 atm nivel del mar= 100° C ; 373.15 °K Tebu. Nivel de FESC= 93°C; 366.15°K R=8.314 J/Kmol

lnP2=ln(1 atm) –

(

lnP2=-2.5056x10-4 P2= P2= 0.999 atm 1bar= 0.986922 atm 1bar= 750.06 Torr P2= 759.77 Torr

)

2. Asumiendo que la presión de vapor del agua es despreciable con relación a la presión atmosférica a bajas temperaturas. Determine el numero de moles de aire atrapados a la Temperatura más baja. PV=nRT

n= n= n= 1.56x10-4 moles de aire 3. Calcule la presión parcial de aire y de vapor para cada lectura.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

T (K) 276.15 304.15 307.15 310.15 313.15 316.15 319.15 322.15 324.15 327.15 333.15 348.15

V (cm3) 4.8 5.4 5.6 5.8 6.0 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8 7.2 9

P(Torr) 560 547.89 533.53 520.17 507.69 512.56 500.73 489.64 477.75 667.99 450.10 376.29

Pvap (Torr) 0 12.11 26.47 39.83 52.31 47.44 59.27 70.36 82.25 92.01 109.9 183.71

4. Elabore un grafico de Pvapor vs T y ajustar estos datos a la ecuación de Antoine. Si tiene duda de como se hace esto, pregunte a su asesor.

A= 16.42 B= 2821 C= -90

lnPsat=16.42 Ln Psat 1.26 3.24 3.42 3.60 3.77 3.94 4.10 4.26 4.37 4.52 4.81 5.49

TEMPERATURA (K) 276.15 304.15 307.15 310.15 313.15 316.15 319.15 322.15 324.15 327.15 333.15 348.15

Psat (Torr) 3.52 25.53 30.56 36.59 43.38 51.41 60.34 70.80 79.94 91.83 122.73 242.25

gráfico Pvapor VS Temperatura 400

350

300

250

200

150

100

50

0 -200000

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

5. A partir del ajuste anterior y de la ecuación de Clausuis-Clapeyron, determine el Heb a cada temperatura.

lnP2=lnP1 –

(

)

Heb=

R=8.314 J/kmol

ΔHeb (J/mol)

T(K)

Pvap (Torr)

276.15

0

304.15

12.11

202452.436

307.15

26.47

107874.387

310.15

39.83

73364.5903

313.15

52.31

-26811.7918

316.15

47.44

62255.132

319.15

59.27

48872.064

322.15

70.36

67778.8358

324.15

82.25

32954.7905

327.15

92.01

26832.9487

333.15

109.9

33029.9996

348.15

183.71

#¡DIV/0!

#¡NUM!

6. Elabore un grafico de literatura.

H vs T, y compárelo con lo reportado en la

400

gráfico ∆Heb VS Temperatura 350 300 250 200 150 100 50 0 -200000

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

CONCLUSIÓN En esta práctica se cumplieron los objetivos que se establecieron en un principio determinando la presión de vapor aplicando la ecuación de estado ideal en el vapor que se tenía en la probeta con los datos que se tomaron al realizar el experimento. También se aplicó la ecuación de Clausius – Clapeyron al equilibrio que se tenía en la probeta que era de líquido – vapor. Por último se aplicó la fórmula de Antoine ajustando los valores y consultando las contantes para que se pudiera realizar este procedimiento. También determinando las ecuaciones de Harlacher y Liley. La presión de vapor de una sustancia depende de la temperatura. Conforme aumenta la temperatura, la energía cinética del movimiento molecular se vuelve más grande y la presión de vapor se incrementa.

BIBLIOGRAFIA

Chang Raymod, College William “Química” 10° Ed. McGraw-Hill, Mexico D.F. 2010 I. N. Levine. Fisicoquimica. 5° Ed. McGraw-Hill, Espana, 2004. Moore W. 2000, Physical Chemistry, Prentice Hall, Pp 279 – 320. J. M. Smith, H. C. Van Ness y M. M. Abbot. “Introduccion a la Termodinamica para Ingenieria Quimica” Mc. Graw–Hill, 7° Ed. Mexico, 2007.

UNIVERSISAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS

LABORATORIO DE EQUILIBRIO QUÍMICO

ACTIVIDAD EXPERIMETAL No.3

EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR DE UN COMPONENTE

No. Equipo

2

Sección D

Integrantes:

Grupo: 2201 Semestre: 2013-2 4 de Abril de 2013