OBJETIVOS Observar la diferencia entre las presiones de vapor ejercidas por... Examinar el aumento en la presión de vapor de un... •

OBJETIVOS
• Observar la diferencia entre las presiones de vapor ejercidas por diferentes sustancias.
• Examinar el aumento en la presión de vapor de un líquido según el cambio e temperatura.
• Determinar la presión de vapor de un líquido puro a diferentes temperaturas.
• Calcular el calor de vaporización empleando la ecuación de Clasius−Clapeyron.
• Comprobar que un líquido problema cumple la ecuación de Clasius−Clapeyron a partir de un gráfico de Ln
P Vs (1/T).
• Calcular el calor de vaporización de un líquido que cumple la ecuación de Clasius−Clapeyron.
DATOS Y OBSERVACIONES
Durante la práctica de laboratorio estuvimos trabajando con un ISOTENISCOPIO, el cual constaba con un
bulbo (A) en el que se introducía la muestra hasta mas o menos la mitad y un manómetro en forma de U en
cuyos extremos hay dos bulbos, los cuales contienen también parte del líquido problema. Los bulbos estaban
conectados a un condensador
El manómetro nos permitió saber cuando la presión del bulbo (A) era igual a la presión del sistema. En el
experimento es necesario modificar la presión del sistema conectando una rudimentaria bomba de vacío
controlada por una llave de triple paso.
Tabla de datos experimentales recogida durante la práctica:
Temperatura en Kº
346
344
342
341
340
340
338
338
337
337
("H) Altura (mm.)
0
58
88
104
122
136
176
184
196
210
CALCULOS Y RESULTADOS
• Determinar la presión del líquido a las diferentes temperaturas:
La presión barométrica de Medellín es aproximadamente de 640.00 mmHg; entonces para la primera lectura
en el laboratorio
Presion de Vapor = 640.00 mmHg − 0.0 mmHg = 640.00 mmHg
Y asi sucesivamente se van calculando cada una de las presiones de vapor que se muestran en la siguiente
tabla:
Temperatura en Kº
Presión en mmHg
1
346
344
342
341
340
340
338
338
337
337
640
582
552
563
518
504
468
456
444
430
• Elaborar una tabla que contenga los siguientes datos: Temperatura en Kº, 1/T, Presión en mmHg y Ln P.
Temperatura en Kº
1/T
Presión en mmHg
Ln P
346
2.89*10−3
640
6.46
344
2.91*10−3
582
6.37
342
2.92*10−3
552
6.31
341
2.93*10−3
563
6.33
340
2.94 *10−3
518
6.25
340
2.94 *10−3
504
6.22
338
2.96 *10−3
468
6.15
338
2.96 *10−3
456
6.12
337
2.97*10−3
444
6.09
337
2.97*10−3
430
6.06
• Comprobar que el líquido problema cumple al ecuación de Clasius−Clapeyron realizando una gráfica de Ln
P Vs 1/T.
• La ecuación de Clasius−Clapeyron es:
(d Ln P)/dt = "Hv * (dt)/(RT^2)
Ya integrada:
Ln P = (−("Hv)/RT)+C
Que es una ecuación de una línea recta al graficar Ln P Vs 1/T con Pendiente Negativa que es igual a
(−("Hv)/R) y c que es el intercepto.
La gráfica realizada con nuestros datos dio como resultado la siguiente ecuación:
Y= −4829*X + 20.428
Donde Ln P: Eje Y (1/T): Eje X
Igualando la pendiente de la ecuacion de clasius−Clapeyron y la obtenida con nuestros datos, podemos hallar
el calor de vaporización, despejándolo de la ecuación:
Pend.= −4829 ºK (Estas unidades deben ser en ºK porque (1/T)=(1/K)
2
R= (1.98 cal)/(mol*ºK)
Pend= (−("Hv)/R)
−4829ºK = (−("Hv)/ (1.98 cal)/(mol*ºK))
("Hv) = 9561.42 (cal/mol)
• Calcular el porcentaje de error en el calculo del calor de vaporización del líquido problema, consultando su
valor teórico. Explique las posibles causas de error.
Los liquidos problema propuestos en la práctica son: La acetona, el metanol y el etanol. Sus valores teóricos
del calor de vaporización de éstos son:
Acetona: 7641.5 (cal/mol)
Metanol: 8978.8 (cal/mol)
Etanol: 9673.9 (cal/mol)
El valor obtenido en la práctica para el calor de vaporización se acerca al valor teorico de etanol. Por lo tanto
se concluye que el líquido problema de la práctica es el etanol.
Asumiendo éste resultado, hallamos el siguiente porcentaje de error:
%de error = (((9673.9 (cal/mol)) − (9561.42 (cal/mol)))/ (9673.9 (cal/mol))) * 100
% de error = 1.16%
este error pudo ser causado por las siguientes razones:
• Imprecisiones al observar la Temperatura en el termómetro.
• Imprecisión al tomar las medidas en el barómetro.
• En algunos momento el líquido problema comenzó a burbujear en el sentido contrario al debido (del bulbo
A hacia el bulbo B) por lo que hubo que esperar hasta que se estabilizara, mientras que la temperatura
seguía disminuyendo.
ANÁLISIS DE CÁLCULOS Y RESULTADOS
Como se observa en la realización de los cálculos, estos dependen de los valores de temperatura y de las
diferencias de altura en el mercurio medidos durante la práctica de laboratorio. Si estos datos no fueron
tomados con suficiente precisión, los resultados obtenidos en los cálculos no serán muy precisos. A partir de
estos datos se deben calcular la presión de vapor a diferentes temperaturas y además se debe completar un
cuadro que incluya la temperatura, la presión de vapor, el inverso de la temperatura (1/T) y el logaritmo
natural de la presión de vapor (la temperatura y la presión debían estar en K y mmHg respectivamente). A
partir de estos datos se construyó un gráfico de 1/T vs. Ln P. Los datos obtenidos no quedaban todos
representados por una línea recta, pero se observó que tendían a ella, por lo que se trazó una línea de
dispersión mediante el programa Excel. El mismo programa suministró una ecuación para la recta, de la cual
se obtuvo el valor de la pendiente (que era negativa), el cual se utilizó para calcular el calor de vaporización
de la muestra problema, mediante la siguiente ecuación:
m = −"Hvap. / R
3
donde m es la pendiente de la recta y R la constante de los gases. Con este valor experimental del calor de
vaporización para la muestra problema, procedimos a compararlo con los valores teóricos del calor de
vaporización del metanol, etanol y acetona, posibles muestras problemas. El valor que más se aproximó fue el
del metanol, con el cual se obtuvo un menor porcentaje de error que con la acetona, la cual también tuvo un
valor aproximado al obtenido durante la práctica. Por lo tanto, asumimos que la muestra problema era
metanol, con un porcentaje de error para el valor de su calor de vaporización de 1.16%. Este porcentaje de
error pudo deberse a una de las siguientes causas de error:
• En varias ocasiones la muestra problema comenzó a burbujear en sentido del manómetro B al bulbo
portamuestra A, por lo que hubo que esperar a que este se estabilizara nuevamente, mientras que la
temperatura seguía disminuyendo.
• Es posible que existieran impresisiones en el ojo humano y en la persona que marcaba la posición del
mercurio
• Las lecturas de la temperatura pudieron no ser muy precisas debido a fallas del ojo.
SOLUCIÓN AL CUESTIONARIO
• Explicar con éste mismo equipo, de que otra forma se podría hallar la presión de vapor del liquido
problema.
R./ Para hallar la presión se utiliza el mismo equipo y el mismo montaje, pero dejando el manómetro con un
brazo a la atmósfera y el otro conectado al sistema. Se utiliza un volumen determinado del líquido problema.
Se calienta igual que en la práctica hasta notar un cambio en la temperatura de 2ºC aproximadamente, se
observa la diferencia de altura en el manómetro realizando éste proceso varias veces. Este procedimiento no
se puede utilizar la presión de líquidos que se acercan a temperaturas críticas y son de alto peso molecular,
pues éstos necesitan un proceso especial.
• Cómo se define el punto de ebullición de un líquido?
R./ El punto de ebullición de un líquido a una presión dada es la temperatura a la que la presión de vapor de
equilibrio se iguala a la presión dada. El punto de ebullición normal, es la temperatura a la cual la presión de
vapor del líquido, es 1 atmósfera.
• Por qué en una olla a presión, los alimentos se cuecen más rápidamente que en una olla corriente?
R./ La estufa brinda calor a los alimentos, en una olla común, el vapor se sale y asi no se aprovecha. Por el
contrario la olla a presión tiene un cierre hermético y no hay forma de que el vapor se salga. El vapor de la
olla aumenta la presión y asi la temperatura y los alimentos reciben calor de la estufa y de la olla debido a la
alta presión de vapor que se crea en su interior.
• Relacione los hechos observados en ésta práctica con la necesidad que tienen los astronautas de presurizar
sus trajes espaciales?
R./ En el espacio no existe presión, por lo tanto la presión corporal es mayor que la presión externa. Al
exponer el cuerpo a la presión del espacio éste sería succionado y los órganos podrían explotar, por eso los
astronautas tienen que presurizar los trajes para tratar de igualar las presiones del cuerpo y del espacio asi
evitando los posibles daños producidos por los cambios de presión.
6.) Explicar en que consiste la destilación a presión reducida?
R./ La presión reducida es el cociente entre la presión y la presión a condiciones críticas. Dentro de la
destilación, esta presión reducida permite observar el efecto de la presión sobre la entalpía.
4
Presión Reducida = (Presión de la sustancia) / (presión crítica)
La destilación a presión reducida se emplea con los hidrocarburos, a los que es necesario conocerles su grado
de fugacidad, que esta determinado por una constante K que esta definida para las condiciones en equilibrio
como:
y = Kx
Estos valores de K se encuentran tabulados para ciertos hidrocarburos, entre ellos el metano, que gráficamente
son valores de K en función de la temperatura, para varias presiones. Este valor de K se desarrolla de una
forma exponencial.
Al momento de aumentar la presión, disminuyen las composiciones del vapor y el líquido.
En general, la destilación a presión reducida se emplea para aquellas sustancias en las que se necesita
reconocer las limitaciones de la presión a la que hay que realizar la separación de ciertos constituyentes dados
en los procesos de destilación.
•
CONCLUSIONES
Para que los datos de la gráficacumplan la ecuación de Clasius−Clapeyron, es necesario que de cómo
resultado una línea recta de pendiente negativa.
Se observó que al aumentar la temperatura de un líquido, ésta varía de forma directamente proporcional en
relación a la presión de vapor de dicho líquido.
A partir de la ecuación de Clausius−Clapeyron se puede calcular el calor de vaporización de un líquido
mediante la ecuación m = −Hvap. / R.
Una manera diferente a la utilizada durante la práctica de laboratorio de obtener la presión de vapor de un
líquido usando el isotenescopio es realizando el mismo montaje y observar los cambios en las ramas del
manómetro de mercurio, cada que se presenten cambios en la temperatura de aproximadamente 2°C.
El punto de ebullición de un líquido a una presión dada P, es la temperatura a la que la presión de vapor de
equilibrio se iguala a la presión P.
BIBLIOGRAFÍA
• CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoquímica, segunda edición. México: Fondo Educativo
Interamericano S.A., 1974. Pág. 785.
• DILLARD, Clyde y GOLDBERG, David. Química : reacciones, estructuras, propiedades. México:
Fondo Educativo Interamericano S.A., 1977. Pág. 414−415.
• WHITTEN, Kenneth y GAILEY, Kenneth. Química General. México: Editorial Interamericana, 1985.
Pág. 235.
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