¡Descarga Determinación de la presión de vapor de una sustancia pura a distintas temperaturas y más Apuntes en PDF de Ingeniería Química solo en Docsity!
TECNOLOGICO NACIONAL DE
MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
ZACATEPEC
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
CARRERA: ING. QUÍMICA
GRUPO: VA
MATERIA: LABORATORIO INTEGRAL II
DOCENTE: Vargas Galarza Zully
Práctica No. 2 Determinación de la presión de vapor con la ecuación de
Antoine y propiedades coligativas
INTEGRANTES:
- Nieto Valdez Axel Zuriel 20091435
- Juárez Rodríguez Lorenzo Sebastián 20091421
- González Nava Teresa 20090394
- Vera Garzón Lizzeth Karina 20090419
- Brito León Estefanía 19090334 Fecha de entrega: 27 de febrero de 2024
Resumen
En esta práctica se realizó la determinación de la presión de vapor de una sustancia pura (en este caso agua destilada) a distintas temperaturas con la ayuda de un matraz de bola, para contrastar los resultados obtenidos de la presión de vapor del agua pura con los que obtendremos posteriormente efectuando el mismo experimento pero ahora con la diferencia de que se adicionará un soluto no volátil al solvente, convirtiéndolo en una solución con distintos %(p/v) de sacarosa y así apreciar el fenómeno de la disminución de la presión de vapor que se hace presente. Se utilizó la ecuación de Clausius Clapeyron para expresar matemáticamente la variación de la presión del vapor con la temperatura, y así mismo se graficaron los datos obtenidos.
Objetivos
- Determinar la presión de vapor de una sustancia pura a distintas temperaturas mediante la ecuación de Antoine.
- Observar cómo cambia la presión de vapor del solvente puro al volverlo una solución con la adición de un soluto no volátil.
- Comparar los resultados obtenidos de nuestro experimento con distintos %(p/v) de soluto para poder describir cambios en la presión de vapor.
Marco Teórico
Ecuación de Antoine: La ecuación de Antoine describe la relación entre la temperatura y la presión de saturación del vapor de sustancias puras. Se deduce de la relación de Clausius- Clapeyron. Las constantes de Antoine son tres parámetros que aparecen en una relación empírica entre la presión de vapor de saturación y la temperatura para sustancias puras. Dependen de cada sustancia y se suponen constantes en cierto rango de temperaturas. Fuera de ese rango, las constantes de Antoine cambian su valor. Las constantes están relacionadas mediante una ecuación creada en 1888 por el ingeniero francés Louis Charles Antoine (1825-1897). La forma más usual de expresar la función de Antoine es:
Para el usuario final, que generalmente son ingenieros químicos, existen tablas en los manuales de química donde se dan estas constantes para cada sustancia, indicando los rangos máximos y mínimos de temperatura en la que son aplicables. También hay disponibles servicios online que dan los valores de las constantes A, B y C, como es el caso de DDBST GmbH Onlines Services. Para una misma sustancia puede existir más de un rango de temperaturas de validez. Entonces, dependiendo del rango de trabajo, se elige uno u otro grupo de constantes. Las dificultades pueden aparecer si el rango de trabajo de temperaturas está entre dos rangos de validez de las constantes, debido a que las predicciones de presión de la fórmula no coinciden en la zona limítrofe. Ecuación de Clausius Clapeyron: La ecuación de Clausius-Clapeyron es aquella que relaciona los cambios en la presión de vapor y la temperatura, en una transición de fase o cambio de estado. Aplica para sublimaciones, evaporaciones, fusiones, o en incluso en cambios de fases cristalinas. Cabe mencionar que dicha ecuación aplica para una sustancia pura que se encuentra en equilibrio. Esta ecuación deriva de las leyes termodinámicas y de los diagramas P-T para una sustancia, en donde se observa la línea de coexistencia; aquella que separa dos fases distintas (líquido-vapor, sólido-líquido, etc.). Para traspasar dicha línea, es necesaria la ganancia o pérdida de calor, tal como la entalpía de vaporización, ΔHvap. En la imagen superior se muestra la ecuación de Clausius-Clapeyron antes de ser integrada. Normalmente suele aplicarse para sistemas líquido-vapor, donde se usa ΔHvap y se desea calcular cuál será la presión de vapor del líquido a cierta
temperatura. Asimismo, sirve para calcular el ΔHvap de un determinado líquido en un rango de temperaturas. La ecuación de Clausisu-Clapeyron también se utiliza con bastante frecuencia para estudiar los cambios de presión en los sólidos volátiles; es decir, se considera la entalpía de sublimación, ΔHsub. A partir de la ecuación de Clausius-Clapeyron de arriba, se procede a tener algunas consideraciones matemáticas para finalmente realizar una integración. Por ejemplo, para un sistema líquido-vapor, se asume que ΔHvap no varía con la temperatura, y que ΔV corresponde exclusivamente al volumen del vapor, despreciando el volumen del líquido (Vvapor-Vlíquido = Vvapor). Asumiendo que el vapor se comporta como un gas ideal e integrando, se obtiene la ecuación de Clausius-Clapeyron integrada: Esta ecuación corresponde al de una recta que se grafica como: Ln P vs 1/T Y cuya pendiente negativa es (ΔH/R). Para que se cumpla esta ecuación, por lo tanto, ΔH debe ser constante en el intervalo de temperatura (T 2 - T 1 ) en que se miden las presiones de vapor en equilibrio con el líquido. De esta manera, si se asume que ΔH varía poco dentro de pequeños intervalos de temperatura, es posible utilizar la ecuación de esta recta para predecir los cambios en la presión de vapor de un líquido; y aún más, se puede determinar su ΔH de vaporización. Mientras más grandes sean los intervalos de temperaturas considerados, más grande será la desviación de esta ecuación de los datos experimentales, y menos se cumplirá.
Determinación de cambios de fase
Así, la ecuación de Clausius-Clapeyron viene a ser el desarrollo de una recta tangente a la línea de coexistencia entre dos fases físicas, la cual se observa en cualquier diagrama P-T para una sustancia.
Equipo y materiales a utilizar
● Matraz bola con boca esmerilada de fondo plano 500 ml ● Termómetro ● Balanza analítica ● Mechero Bunsen ● Malla de amianto ● Trípode ● Tapón esmerilado ● Pinza universal ● Pinza sostén ● Soporte universal ● Agua destilada ● Azúcar (sacarosa)
Metodología
- Verter 500 g de agua destilada en el balón de fondo plano y sellarlo con el tapón
- Encender el mechero Bunsen, colocar la malla sobre el trípode y colocarlos encima del mechero.
- Colocar la pinza en el soporte universal para posteriormente sujetar el balón de fondo plano en la pinza.
- Ubicar el soporte y el balón encima de la malla y el mechero.
- Calentar y posteriormente medir la temperatura con el termómetro hasta ebullir
- Realizar el proceso a diferentes temperaturas para poder determinar el comportamiento de la presión de vapor con la ecuación de Antoine
- Verter en el matraz una solución al 4 % en peso de sacarosa en 50 0 mL de agua
- Seguir la misma metodología ahora para la solución preparada con anterioridad para soluciones de 1%, 2%, 3% y 5% en peso de sacarosa
- Calcular la presión de vapor del agua al estar en disolución con la sacarosa 10.Calcular el descenso de la presión de vapor del agua con la fracción de la sacarosa
Resultados y Discusiones:
Para esta práctica se elaboró una disolución de 4% (p/v) de sacarosa en 5 00 mL de agua destilada. Con nuestro volumen de 500 mL se calculó en número de moles del agua que nos
dio como resultado nagua= 27.77777 moles y para el azúcar nsacarosa= 0.0 58428
moles, con estos datos se procedió a calcular el número de moles totales y la fracción molar del soluto en la disolución obteniendo:
NT= 27.8362 moles
XS= 0.
Seguido de esto, se calculó la presión de vapor con la ecuación de Antoine con las constantes del agua y la temperatura del agua que fue medido en la práctica obteniendo la siguiente tabla: Tabla 1. Presión de vapor con 4%(p/v)
Resultados de otros %(p/v)
- Presión de vapor con 1 %(p/v) en 250 mL de agua Tabla 2. P al 1%(p/v) sacarosa Figura 3. Gráfica de P de 1%(p/v) sacarosa**
- Presión de vapor con 2 %(p/v) en 250 mL de agua Tabla 3. P al 2 %(p/v) sacarosa Figura 4. Gráfica de P de 2 %(p/v) sacarosa** 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 400 T^ °C P* mmHg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 400 T^ °C P* mmHg
- Presión de vapor con 3%(p/v) en 250 mL de agua Tabla 4. P al 3 %(p/v) sacarosa Figura 5. Gráfica de P de 3 %(p/v) sacarosa**
- Presión de vapor con 5 %(p/v) en 250 mL de agua Tabla 5. P al 5 %(p/v) sacarosa Figura 6. Gráfica de P de 5 %(p/v) sacarosa** 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 400 T^ °C P* mmHg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 400 T^ °C P* mmHg
Referencias Bibliográficas:
- Peñaloza K., (18 de mayo de 2020). Disminución de la presión de vapor. Prezi.
- Brito. A. (2016, 2 agosto). Ecuación de Antoine. Luis E Brito Rodríguez. https://misapuntesyacimientos.wordpress.com/2016/07/12/ecuacin-de- antoine
- Chang, R. y Goldsby, KA (2017). Química. CD. de México. McGraw-Hill.
