Determinación De La Presión De Vapor Por El método Dinamico

EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR: PRESION DE VAPOR

Construcción de la curva Presión de Vapor-Temperatura para el Agua por el Método Dinámico.

Elizabeth Hernández, C.I. V-20.012.595

Albany Pérez, C.I. V-19.751.085

Resumen

La presión de Vapor es la presión a la cual la fase liquida y vapor se encuentra en equilibrio para una determinada temperatura, se desea calcular la presión de vapor del agua pura y de una solución de NaCl al 10% por el método dinámico, para ello se realizaron dos experiencias para cada caso en donde se reportaron valores de presión y temperatura de ebullición, luego se comparó los datos experimentales con valores teóricos calculado por la ecuación de Antoine para el agua pura y por propiedades coligativas para la solución de salmuera, también se graficó el lnP* vs 1/T para calcular el ΔHv para cada experimento y datos teóricos. Se obtuvo como resultado comparando el ΔHv del agua pura experimental (-7731.4cal/gmol) con el proveniente de datos teóricos (-10054.8cal/gmol) una discrepancia del 23.1% y para el caso de la salmuera se comparar el ΔHv de la experiencia 2 (-9285.8cal/gmol) teniendo una discrepancia del 7.64%; en la Figura °N9 se comparan los datos experimentales del agua pura, salmuera y teóricos en un gráfico de P* vs T, en donde se muestra el descenso de la presión de vapor y el aumento del punto de ebullición.

Practica realizada el 29 de Octubre 2013, entregada el 05 de Noviembre 2013

Introducción

La presión de Vapor o presión de saturación es la presión a la cual la fase liquida y vapor se encuentra en equilibrio para una determinada temperatura; 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.

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.

La relación entre la presión de vapor de un líquido y la temperatura se indica por medio de un diagrama de constitución. Un ejemplo clásico de este diagrama, es representado por el diagrama de constitución del agua, el cual se muestra a continuación en la figura #1:

Figura #1 Constitución del Agua

La línea OC, representa la línea de presión de vapor para el agua líquida, la línea AO es la línea de presión de vapor del hielo, y la línea BO es la línea de equilibrio líquido sólido. Al punto O se le denomina punto triple, y representa la presión y temperatura en las que coexisten en equilibrio, a la presión de vapor solo, un sólido puro, su líquido y su vapor.

El descenso de la presión de vapor se puede apreciar al agregar al agua un soluto no volátil ya que la presión de la solución vendría dada por la siguiente ecuación: (suponiendo que el solvente cumple con la ley de Raoult y el soluto es no volátil)

Psol= Pste * Xste + Psto * Xsto

Siendo la Psto=0

Psol=Pste * Xste ecuación (1)

Como la Xste es menor a la unidad la presión de vapor disminuye y esto trae como consecuencia que la temperatura de ebullición de la solución aumente.

La variación de la presión de vapor de un líquido con la temperatura se puede expresar a través de la ecuación de Clausius-Clapeyron:

Ecuación (2)

En donde v, es el calor latente molar de vaporización, siendo R la constante universal de los gases.

En intervalos de temperatura moderados, el calor latente de vaporización es constante, y se puede integrar la ecuación obteniéndose así:

Ecuación (3)

Ecuación (4)

De esta manera, obteniendo los datos correspondientes al calor latente de vaporización y la presión de vapor a una temperatura dada, puede calcularse la presión de vapor a otra temperatura.

Como el intervalo de presiones de vapor en líquidos es muy amplio, se han propuesto numerosos métodos para su medida; uno de ellos es el método dinámico. Este método consiste en introducir al líquido en un sistema en el cual se puede variar la presión, y observar la temperatura a la cual hierve el líquido para un valor de presión determinado. Este método es útil y recomendable para presiones de vapor moderadamente altas.

Objetivos

General

Medir la presión de vapor de una sustancia pura (agua) por un método dinámico, en el intervalo de temperaturas de 50ºC a 95ºC.

Específicos

Calcular el calor de vaporización a partir de los datos de presión de vapor.

Estudiar el efecto que tiene sobre la presión de vapor, la adición de un soluto no volátil.

Procedimiento experimental

Resultados

Se realizaron dos experiencias para calcular la temperatura de ebullición para el agua, en donde se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla N°1: Datos experimentales para el Agua Pura en la experiencia 1

T(°C) T(°K) Altura medida (cmHg) Altura medida (mmHg) P

vapor

(mmHg) ln(P*) 1/T

(1/°K)

1 78 351,15 11,6 116 388 5,96100534 0,00284779

2 82 355,15 10,1 101 418 6,03548143 0,00281571

3 85 358,15 8,2 82 456 6,12249281 0,00279213

4 87 360,15 7,1 71 478 6,16961073 0,00277662

5 89 362,15 6 60 500 6,2146081 0,00276129

6 90 363,15 4 40 540 6,29156914 0,00275368

7 92 365,15 2,5 25 570 6,34563636 0,0027386

8 93 366,15 0 0 620 6,42971948 0,00273112

ΔHv= pendiente * R

ΔHv= -3865.7*2cal/gmol

ΔHv= -7731.4cal/gmol

Tabla N°2: Datos experimentales para el Agua Pura en la experiencia 2

T(°C) T(°K) Altura medida (cmHg) Altura medida (mmHg) P

Vapor (mmHg) ln(P*) 1/T

(1/°K)

1 76 349,15 14,6 146 328 5,79301361 0,0028641

2 88 361,15 5,7 57 506 6,22653667 0,00276893

3 90 363,15 4,5 45 530 6,27287701 0,00275368

4 93 366,15 0 0 620 6,42971948 0,00273112

Se calcularon valores teóricos de la presión de vapor usando la ecuación de Antoine obteniendo la siguiente tabla de datos:

lnP^*=A-B/(T+C) Ecuación (5)

A= 7.9452; B=1654.4276; C=226.6639

Tabla N°3: Datos teóricos para la Presión de vapor de Agua Pura

T(°C) P

Vapor

(mmHg) ln(P*) 1/T

(1/°K)

1 75 288,974363 5,66633797 0,00287356

2 76 301,286414 5,70806136 0,00286533

3 77 314,036724 5,74950994 0,00285714

...