En la práctica realizada en el laboratorio se procedió a medir la presión de vapor de un líquido puro, en su defecto el líquido utilizado fue agua, este experimento fue realizado con la ayuda de un manómetro de mercurio, un bulbo de compensación , un Erlenmeyer de claisen que contenía el líquido en estudio y un refrigerante, se estudió la dependencia de la presión de vapor con la temperatura de ebullición; con los datos obtenidos se graficó LnP vs 1/T donde se verificó la ecuación de Clausius- Clapeyron obteniendo un factor de linealidad cercano a la unidad en la representación, de este gráfico se obtuvo la pendiente con la cual se determino el ΔHvap, con ayuda del factor de compresibilidad (Z).
Obteniendo como resultado una pendiente para la presión de vapor medid de forma ascendente de -2451.1.Así como también para la presión medida de forma descendente de -2081.1.En cuanto a las entalpías de vaporización la primera nos resultó de 11058.90cal/mol y la segunda de 9458.15 cal/mol.
INTRODUCCIÓN
La presión de vapor de un líquido puro, es aquella cuando las moléculas de un líquido salen de una fase líquida para entrar a una fase gaseosa; dicha presión viene determinada por la naturaleza del líquido y su temperatura de ebullición.
A medida que la temperatura aumenta, también lo hace la presión de vapor hasta llegar a un punto crítico. Si la presión del líquido se mantiene
invariable, entonces puede calentarse el líquido hasta una temperatura a la
que la presión de vapor iguala a presión externa aplicada, en este punto ocurrirá la vaporización, este es el punto de ebullición del líquido a
especificada presión externa.
Según la ecuación de clausius
clapeyron,
X (I) = x (g) (p , T)
dp/dt = ∆h/ ∆ v
El cambio de estado es isotérmico y ∆g es cero, ∆S es sustituido por ∆H
/T.
dp/dt = ∆h / T∆v
Puesto que el calor de vaporización es positivo y el diferencial de volumen
también lo es se deduce que la presión de vapor debe crecer al aumentar T. para el vapor-liquido menor a 1 atmosfera de presión el valor molar del liquido V1 es despreciable en comparación con Vg (gas) entonces:
∆v = Vg
dlnp/d(1/t)= ∆HV/RZ
Donde se ha introducido un factor de compresibilidad z=PV/RT
Si el vapor fuera un gas perfecto Z=1 el calor de vaporización fuera
independiente de la temperatura si esto no fuera así entonces:
∆H 2= ∆H1 +int ∆Cpdt + int d∆H/Pdp
Donde el tercer término es cero para un gas perfecto;
∆H 2= ∆H1 + ∆Cp (T2-T1).
Parte experimental de Presión de Vapor
Se procedió a calentar el líquido contenido en el matraz de claisen y a
realizar cada una de las lecturas de manera descendentes y luego de
manera ascendente.
Tabla N# 1: Valores de temperatura y presión para el
agua
PRESIONES ASCENDENTES PRESIONES DESCENDENTES
| Temperatura (+-1°) | Presión mmHg | Temperatura (+-1°) | Presión mmHg |
| 42 | 53 | 87 | 516 |
| 62 | 151 | 80 | 416 |
| 71 | 270 | 74 | 325 |
| 79 | 344 | 66 | 232 |
| 86 | 494 | 54 | 139 |
| 91 | 552 | 36 | 58 |
Se procede a corregir cada una de las lecturas de presión con (1-1.810- 4t) donde t es la temperatura en centígrados del manómetro. Este resultado se procede a multiplicar la presión medida y así obtendremos la presión corregida.
Tabla N#2: valores de presión corregida y
temperatura absoluta.
PRESIONES ASCENDENTES PRESIONES DESCENDENTES.
| Temperatura absoluta K | Presión corregida | Temperatura absoluta | Presión corregida |
| 315.15 | 52.99 | 360.15 | 507.92 |
| 335.15 | 149.31 | 353.15 | 410.01 |
| 344.15 | 266.55 | 347.15 | 320.67 |
| 352.15 | 339.11 | 339.15 | 229.24 |
| 359.15 | 486.35 | 327.15 | 137.65 |
| 364.15 | 542.96 | 309.15 | 57.62 |
Tabla N# 3: valores de log 10(p), 1/T
PRESIONES ASCENDENTES PRESIONES DESCENDENTES
| 1/T | log 10(P) | 1/T | log 10(P) |
| 0.00317 | 1.72 | 0.00277 | 2.71 |
| 0.002963 | 2.17 | 0.00283 | 2.61 |
| 0.00291 | 2.42 | 0.00288 | 2.50 |
| 0.00283 | 2.353 | 0.00295 | 2.36 |
| 0.00278 | 2.68 | 0.00306 | 2.13 |
| 0.00275 | 2.73 | 0.00323 | 1.76 |
Donde la pendiente es m=-2451.3
El corte b=9.4716.
Tomando en cuenta que está pendiente se deduce como
m= – ∆Hvap/2.303RZ , entonces
R= 1.987 cal/molK
Z para el agua a presión ascendente es = 0.986
Asi;
∆Hvap=2451.32.3031.987*0.986
∆Hvap=11058.90cal/mol
Tc= temperatura critica del agua 648K
De igual forma aquí; La pendiente m=-2081.1
El corte b=8.4913. Z para el agua a presión descendente=0.996
Así;
∆Hvap=2081.12.3031.987*0.996
∆Hvap=9485.15 cal/mol
Tc= temperatura critica del agua 648K. Tomando en cuenta la entalpía de
vaporización teórica, siendo esta 9715,58 cal/mol
.Así calculamos su respectivo error.
error = (9715.58 – 11058.90)/ 9715.58 * 100 = 14%
Error calculado para cada una de las entalpías de vaporización
| PRESIÓN ASCENDENTE | PRESIÓN DESCENDENTE |
| 14% | 2.3% |
Discusión de resultados
Al proceder a graficar nuestros datos se ha obtenido para la presión de vapor del agua de manera ascendente una pendiente de valor -2451.3, y para la presión de vapor del agua de manera ascendente una pendiente de -2081.1, tomando en cuenta así que ambas pendientes son de signo negativos. La curvatura presente en nuestras gráficas es correcta ya que se procedió a graficar el inverso de la temperatura dándonos así una recta de pendiente negativa.
Mediante los métodos de extrapolación generalizadas se determino el factor de compresibilidad (Z),se procedió a calcular la entalpía de vaporización del agua con la pendiente obtenida en cada gráfica y el factor de compresibilidad, obteniendo así un resultado cercano a la entalpía reportada por la literatura(9715.58cal/mol); para la primera gráfica la entalpía nos resulto en 11058.90cal/mol y para la segunda 9485.15cal/mol, al comparar con la entalpía teórica nos dio un error de 14% y 2.3%
simultáneamente para los dos.esto pudo a ver sido por las condiciones
del laboratorio ya que trabajamos a una temperatura de 21 °c y una
presión de 632.2mmhg.
Conclusión
Se pudo estudiar el intercambio de moléculas dela fase liquida a la fase
gaseosa de un líquido puro. La presión de vapor de un líquido puro es directamente proporcional a la temperatura de ebullición de dicho
liquido.
El calor de vaporización de un líquido puro puede ser calculado a través de
la ecuación de Clausius-Clapeyron. Es preciso mencionar que la presión de un líquido será diferente por las características antes mencionadas, además se comprobó que los líquidos tienen un punto crítico, o bien donde el vapor hierve y su presión también se hace crítica, es decir permanecen constantes y, comprendimos que a la cantidad energía necesaria para cambiar de un estado líquido a vapor se le llama entalpía de vaporización.