LAB PRESION DE VAPOR SATURADO

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PRESIÒN DE VAPOR SATURADO
1.- OBJETIVOS:
· Estudiar la variación de la tensión de vapor saturado de agua en función de la temperatura, a través del ascenso de mercurio en el tubo en “U”.
2.- FUNDAMENTO TEORICO:
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 interface en las que participe un vapor. Para entender la presión de vapor debemos conocer cómo se produce el vapor.
El cambio de fase de líquido a vapor se llama vaporización y la temperatura asociada con este cambio se llama punto de ebullición de la sustancia. Existen tres formas en las que puede ocurrir dicho cambio:
1) Evaporación: se produce vaporización en la superficie de un líquido (es un proceso de enfriamiento)
2) Ebullición: vaporización dentro del líquido.
3) Sublimación: el sólido vaporiza sin pasar por la fase líquida.
Para un líquido cualquiera la vaporización va acompañada de absorción de calor y la cantidad de este, cuando se nos da una presión y una temperatura, con las cuales se puede calentar cierto peso de líquido se conoce con el nombre del calor de vaporización y es la diferencia de entalpía de vapor y líquido, esto es, Hv = Hr - Hl; donde Hv significa el calor de vaporización de las variables mencionadas, estas son las entalpías de vapor y de liquido[footnoteRef:1]. Hv = Ev + P Vv [1: ] 
Presión de vapor de un líquido es la presión gaseosa que ejercen las moléculas vaporizadas (vapor) en equilibrio con el líquido. La presión de vapor solo depende de la naturaleza del líquido y de su temperatura. A mayor temperatura mayor presión de vapor y viceversa. La presión de vapor de un líquido dado a temperatura constante será aproximadamente constante en el vacío, en el aire o en presencia de cualquier otra mezcla de gases. 
Cuando se miden las diferentes presiones y temperaturas de un líquido se usan varios procedimientos para medir la presión de vapor de un líquido, llamados estáticos y dinámicos. Para el primer caso se deja que el líquido establezca su presión de vapor sin que haya ninguna alteración, mientras que en los dinámicos el líquido hierve, ó se hace pasar una corriente inerte de gas a través del mismo. 
La presión atmosférica es la suma de la presión del aire seco y la presión del vapor de agua. 
Factores de los que depende la presión de vapor:
· La naturaleza del líquido: 
La presión de vapor depende de la clase del liquido, además de el liquido mismo que se emplee; a veces este depende en gran manera de la naturaleza que hay en las interacciones de las moléculas del liquido; un compuesto como el agua tiene una presión de vapor mas baja que el éter porque las moléculas de agua tienen fuerzas de atracción intermolecular mayores que las moléculas del éter.
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, un presión mayor que otros menos volátiles.
· La temperatura: 
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 temperatura se expresa matemáticamente con la ecuación de Clausius-Clapeyron.
Ecuación de Clausius Clapeyron: Relación cuantitativa entre la presión de vapor de un líquido (mmHg) y la temperatura (ºK)
Pvap = Presión de vapor de la sustancia (mmHg)
Hvap = 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.
Además comparamos la ecuación con la de una línea recta y = mx + b, sugiere que si Log10 P para un liquido se gráfica contra 1 / T, entonces la gráfica debe ser una línea recta con pendiente m = H/R y con intersección b = c y con las pendientes de las líneas se deducen los calores de vaporización de diversos líquidos. [footnoteRef:2] [2: Bligh P. H., Haywood R. Latent heat- its meaning and measurement. Edit. J. Phys. Philadelphia, 1986 pp. 245-251
] 
Pendiente:
Ordenada al origen:
La relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias, no es una línea recta, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicará la presión, pero si se cumplirá siempre, que para cada valor de temperatura, habrá un valor fijo de presión de vapor saturado para cada líquido. La explicación de este fenómeno puede se basar 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.
Entalpía: Energía liberada o absorbida en una reacción; el cambio de entalpía se representa como H
Entalpía de vaporización: energía necesaria para convertir un líquido a vapor o el calor necesario para pasar de liquido a vapor.
Punto de ebullición de un líquido (Teb) es la temperatura en la que su presión de vapor es igual a la presión atmosférica. El valor de la temperatura para la cual la presión de vapor saturado de un líquido cualquiera, alcanza la presión a que está sometido; se puede deducir fácilmente que el punto de ebullición de un líquido dependerá de la presión a que esté sometido y será mas bajo para bajas presiones y más alto para el caso contrario.
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS OBTENIDOS
3.1. EQUIPOS Y MATERIALES:
· Una base Leybold grande
· Una varilla de acero
· Dos pinzas
· Mechero Bunsen
· Un matraz con un tapón bihoradado
· Un tubo en forma de U invertido
· Un termómetro
· Un tubo de ensayo
· 180g de Mercurio
 (
En estas imágenes se muestra el montaje del equipo para la realización de la experiencia.
)
3.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
· 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 liquido pero sin tocarlo.
· Mediante un calentador lleve el liquido al punto de ebullición y mantenerlo en estas condiciones hasta desalojar todo el aire contenido en el matraz y en el tubo.
· 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.
· 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.
· Finalizada la experiencia, recupere el mercurio abriendo lentamente la válvula que hay en el tapón del matraz.
3.3. DATOS OBTENIDOS
	T (ºC)
	HHg (cm)
	Hagua (cm)
	
	
	Lado del Hg
	Lado del Matraz97
	8
	5
	-
	92
	13
	8
	-
	87
	22.8
	10
	-
	82
	28.5
	12
	-
	77
	35.5
	13.5
	-
4. CALCULOS Y RESULTADOS
4.1. Cada 5ºC determine la tensión de vapor que corresponde a diferentes temperaturas durante el enfriamiento. Para ello notamos del grafico la diferencia de presiones que existe entre el lado del tubo con mercurio y el lado del tubo en el matraz.
P (atm) - P (agua) – P (Hg) = P vapor
También se sabe que:	
P Hg = (ρ Hg) (g) (H Hg) 			Donde ρ Hg es 13600 Kg/ m3
Pagua = (ρ agua) (g) (H agua) 			Donde ρ agua es 1000 Kg/ m3
Y el valor de la aceleración de la gravedad es 9.8 m/ s2 y el valor de la presión atmosférica es 1.013 x 105 Pa
 
	T (K)
	HHg (m)
	Hagua (m)
	PHg (Pa)
	Pagua (Pa)
	Pv (Pa)
	370
	0.080
	0.050
	10662.40
	490
	90187.60
	365
	0.130
	0.080
	17326.40
	784
	83189.60
	360
	0.228
	0.100
	30387.84
	980
	69932.16
	355
	0.285
	0.120
	37984.80
	1176
	62139.20
	350
	0.355
	0.135
	47314.40
	1323
	52662.60
4.2. Con los valores obtenidos trace una curva en un sistema de coordenadas rectangulares representando la presión en el eje de coordenadas y la temperatura absoluta en el eje de las abscisas. 
	T (K)
	Pv (Pa)
	370
	90187.6
	365
	83189.6
	360
	69932.16
	355
	62139.2
	350
	52662.6
Esta ecuación de ajuste f(x) = e(21.015-3546.2/x) donde f(x) = Pv (Pa) y x = T (K) se obtuvo como consecuencia de conocer los valores de α y PO, estos valores se conocieron al aplicar logaritmo neperiano a la ecuación: 
P = POe-α/T
Aplicando Ln a ambos lados obtenemos:
Ln(P) =– α/T + Ln(Po) Ecuación de una recta, de la forma: y = – α x + b, donde:
y = Ln(P) , x = 1/T y b = Ln(Po) y Pendiente = – α
	Ln(Pv)
	T(K)
	1/T(K)
	11.4096
	370
	0,0027027
	11.3289
	365
	0,0027397
	11.1553
	360
	0,0027778
	11.0371
	355
	0,0028169
	10.8717
	350
	0,0028571
Graficando:
Del grafico, comparamos con Ln(P) =– α/T + Ln(Po) y obtenemos:
-α =-3546.2 K	 α = 3546.2 K
	Ln(Po) = 21.015 	 Po = 1338747082
5. GRÁFICOS
Grafica Pv (Pa) vs T (K): Se ha ampliado el área de interés y se puede observar con más detalle que los datos experimentales se ajustan a una curva exponencial. 
Grafica Ln (Pv) vs 1/T (K-1)
6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
6.1. OBSERVACIONES
· Para obtener datos sin errores considerables es necesario la manguera que está conectada a un tubo del matraz esta cerrada totalmente.
· Si se continúa calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión de la materia en estado líquido al estado gaseoso.
· El tapón de matraz no cerraba herméticamente y dejaba escapar vapor de agua
· Al apagar el mechero, la tensión de vapor saturado disminuía y como la presión externa era mayor, succionaba mercurio del tubo de ensayo y conforme el agua iba disminuyendo su temperatura, se incrementaba la columna de mercurio dentro del tubo en U invertido.
· Al subir cierto volumen de mercurio por el tubo en U, el volumen del tubo de ensayo fue disminuyendo por lo que se debe tener cuidado al acabarse pues el mercurio sube súbitamente hasta llegar al matraz. Por lo que se debe de estar preparado para abrir la válvula en vez de intentar retirar el tubo de ensayo.
6.2. CONCLUSIONES:
· Se establece un equilibrio dinámico, cuando el número de moléculas que se escapan del líquido sea igual (en valor medio) al número de moléculas que se incorporan al mismo. Decimos entonces, que tenemos vapor saturado a la temperatura T y la presión parcial que ejercen las moléculas de vapor a esta temperatura se denomina presión de vapor Pv.
· La presión de vapor de una sustancia depende solamente de la temperatura (existiendo una relación exponencial) y no del volumen; esto es, un recipiente que contiene líquido y vapor en equilibrio a una temperatura fija, la presión es independiente de las cantidades relativas de líquido y de vapor presentes. 
· Para que los datos de la gráfica cumplan la ecuación de Clasius-Clapeyron, es necesario que de cómo resultado al graficar Ln Pv vs 1/T una recta de pendiente negativa.
· De la gráfica se concluye que alfa (α) es independiente de la temperatura y al multiplicarlo por la constante universal de los gases ideales (1.9872Cal/molK) nos da el valor del calor vaporización del agua 7047 Cal/mol que no difiere considerablemente del teórico (9702 Cal/mol)
7. - BIBLIOGRAFIA
· Gesari S., Irigoyen B., Juan A. An experiment on the liquid-vapor equilibrium for water. Edit. J. Phys. 9ª ed, Philadelphia, 1996, pp. 1165-1168 
· Bligh P. H., Haywood R. Latent heat- its meaning and measurement. Edit. J. Phys. Philadelphia, 1986 pp. 245-251
· http://dqb.uchile.cl/ovasquez/pvapor.htm
· http://www.fim.utp.ac.pa/Revista/vol3/article07.html
Ln(Pv)	y = -3546,2x + 21,015
2.7027000000000019E-3	2.739700000000002E-3	2.777800000000003E-3	2.8168999999999994E-3	2.8571000000000026E-3	11.409600000000006	11.328900000000001	11.1553	11.037100000000001	10.871700000000002	1/T(K)
Ln(Pv)
Ln(Pv)	y = -3546,2x + 21,015
2.7027000000000032E-3	2.7397000000000038E-3	2.7778000000000034E-3	2.8168999999999981E-3	2.857100000000003E-3	11.409600000000006	11.328900000000001	11.1553	11.037100000000001	10.871700000000002	1/T(K)
Ln(Pv)
C
RT
H
LnP
Vapor
Vapor
+
D
-
=
2
2
)
(
)
)(
(
x
x
n
y
x
xy
n
m
å
-
å
å
å
-
å
=
[
]
x
m
y
n
b
å
+
å
=
1