Informe6-fisica2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

FÍSICA 2 (MB224) INFORME DE LABORATORIO N°6: TEMA:

PRESIÓN DE VAPOR SATURADA

INTEGRANTES: GÓMEZ CASAS RENZO JESÚS

CÓDIGO: 20151143J

ÑIQUÉN SANTIAGO JEAN PIERRE

CÓDIGO: 20140439J

SECCIÓN:

“E”

PROFESOR: ING. PACHAS JOSÉ

2016

PROLOGO

En este laboratorio N°6 “Presión de Vapor Saturado” usaremos el mercurio como elemento básico para medir la presión de vapor de agua a diferentes temperaturas. Para ello el mercurio estará conectado en un tubo en forma de U y este en un matraz con un termómetro, cerrado herméticamente; y un mechero Bunsen en llama no luminosa calentara el agua en el matraz. Luego en el matraz habrá escape del aire y ese vacío será copado por el vapor de agua. Es en estos instantes que se tomara medidas de la presión de vapor del agua. En estas mediciones se tomará en cuenta el incremento de la altura del mercurio por cada variación de temperatura. Este informe tiene como objetivo “DETERMINAR LAS DIFERENTES PRESIONES DE VAPOR DEL AGUA A UNOS CIERTOS °C”.

1) OBJETIVOS: 

Estudiar la variación de la tensión de vapor de agua en función de la temperatura.

2) MARCO TEÓRICO: De acuerdo a la teoría cinética las moléculas de un líquido tienen una velocidad promedio para cada temperatura. Si bien a una determinada temperatura el promedio de las velocidades es característica, individualmente hay moléculas cuyas velocidades difieren entre sí, una son muy lentas y otras muy rápidas. Sin embargo algunas de las moléculas de los vapores de un líquido pueden estudiarse realizando una experiencia similar a la realizada por Torricceli. El comportamiento de los vapores de un líquido puede estudiarse realizando una experiencia de similar a la realizada por Torriccelli. Presión de vapor: La Presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases líquidas y vapor se encuentran en equilibrio; 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. Utilicemos el siguiente esquema:

En el dibujo se representa un recipiente cerrado, lleno parcialmente de un líquido. Este liquido como toda sustancia está constituida por moléculas (bolitas negras), que están en constante movimiento a azar en todas direcciones. Este movimiento errático, hace que se produzcan choques entre ellas, de estos choques las moléculas intercambian energía, tal y como hacen las bolas de billar al chocar; algunas aceleran, mientras otras se frenan. En este constante choque e intercambio de energía, algunas moléculas pueden alcanzar tal velocidad, que si están cerca de la superficie pueden saltar del líquido (bolitas rojas) al espacio cerrado exterior como gases. A este proceso de conversión lenta de los líquidos a gases se les llama evaporación. A medida que mas y mas moléculas pasan al estado de vapor, la presión dentro del espacio cerrado sobre el liquido aumenta, este aumento no es indefinido, y hay un valor de presión para el cual por cada molécula que logra escapar del liquido necesariamente regresa una de las gaseosas a él, por lo que se establece un equilibrio y la presión no sigue subiendo. Esta presión se conoce como presión de vapor saturado. Factores de que depende la Presión de vapor: 

La naturaleza del líquido



La temperatura

Influencia de la naturaleza del líquido 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. Eso explica porqué, a temperatura ambiente en verano, cuando destapamos un recipiente con gasolina, notamos que hay una presión considerable en el interior, mientras que si el líquido es por ejemplo; agua, cuya presión de vapor saturado es más baja, apenas lo notamos cuando se destapa el recipiente. Si un soluto es no volátil la presión de vapor de su disolución es menor que la del disolvente puro. Así que la relación entre la presión de vapor y presión de vapor del disolvente depende de la concentración del soluto en la disolución. Esta relación está dado por la ley de Raoult, (un

científico francés, François Raoult), que establece que la presión parcial de un disolvente sobre una disolución está dada por la presión de vapor del disolvente puro, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución. Influencia de la temperatura La presión de vapor en los líquidos crece rápidamente al aumentar la temperatura; así, cuando la presión de vapor es igual a 1 atmósfera, el líquido se encuentra en su punto de ebullición ya que el vapor, al vencer la presión exterior, se puede formar en toda la masa del líquido y no sólo en su superficie. 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 se basa 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.

4) REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA: 

Materiales:         

Una base Leybold grande. Una varilla de acero. Dos pinzas. Mechero Bunsen. Una matraz con un tapón bihoradado. Un tubo en forma de U invertido. Un termómetro. Un tubo de ensayo. 180 g de mercurio.



Procedimiento: Equipo Armado Tubo en forma de U Termómetro Tapón bihoradado Matraz con agua Mechero Bunsen

Varilla de Acero

Tubo de ensayo con Mercurio Base Leybold

1. Llenar con gua hasta la mitad del matraz y luego colocar el tapón con el tubo en forma de U invertida, teniendo cuidado que el bulbo del termómetro esté bastante cerca del líquido pero sin tocarlo. 2. Mediante un calentador lleve el líquido al punto de ebullición y mantenerlo en estas condiciones hasta desalojar todo el aire contenido en el matraz y en el tubo. 3. A continuación introduzca el extremo libre del tubo en U en el interior del tubo de ensayo que continúe una 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. 4. A medida que disminuye la temperatura del vapor observe que el mercurio asciende por el tubo en U lo cual indica que l tensión del vapor está descendiendo. Mediante el desnivel que existe entre la columna de mercurio en el tubo en U y l superficie libre del mercurio en el tubo de ensayo puede conocerse la tensión de vapor que corresponde a cada temperatura. 5. Finalizada la experiencia, recupere el mercurio abriendo lentamente la válvula que hay en el tapón del matraz.

5) CÁLCULOS Y RESULTADOS: 1. T (°C) 97 95 92 90 88

H(hg) 11.8 12.3 18.9 23 27

H(agua) 1.25 1.7 2.2 2.35 2.7

Presión de vapor

Agu a Mismo nivel-Misma presión

Mercuri o 1 2

P1=PTubo de 2 PATM.=PHIDRO. DEL MERCURIO +P HID. DEL AGUA +PVAPOR ensayo

De donde: PVAPOR = PATM -PHID. DEL Hg -PHID. DEL H20 PVAPOR (97°C) = 760-118- ρ (agua).h (agua).g (gravedad) PVAPOR (97°C) =760-118-1x1.25x9.81 PVAPOR (97°C) =629.7375 mmhg PVAPOR (95°C) = 760-123- ρ (agua).h (agua).g (gravedad) PVAPOR (95°C) =760-123-1x1.7x9.81 PVAPOR (95°C) =620.323 mmhg PVAPOR (92°C) = 760-189- ρ (agua).h (agua).g (gravedad) PVAPOR (92°C) =760-189-1x2.2x9.81 PVAPOR (92°C) =549.418 mmhg PVAPOR (90°C) = 760-230- ρ (agua).h (agua).g (gravedad) PVAPOR (90°C) =760-230-1x2.35x9.81 PVAPOR (90°C) =506.9465 mmhg PVAPOR (88°C) = 760-270- ρ (agua).h (agua).g (gravedad) PVAPOR (88°C) =760-270-1x2.7x9.81 PVAPOR (88°C) =463.513 mmhg T (°C)

H(hg)

H(agua)

PVAPOR

PVAPOR

(experimental )

(teórico)

%error

97

11.8

1.25

629.7375

682.78

7.768%

95

12.3

1.7

620.323

634.61

2.2513%

92

18.9

2.2

549.418

567.6728

3.2157%

90

23

2.35

506.9465

526.4011

3.6957%

88

27

2.7

463.513

487.6624

4.952%

2. Kk 3. Kkkkkk

6) RECOMENDACIONES: 

Tener cuidado con el mercurio ya que es un líquido muy toxico para el hombre.  Verificar que el matraz este bien tapado al momento de calentar porque si no, se obtendrían unas mediciones erróneas con la altura del agua y del mercurio por la entrada del aire en el matraz.  Ser cauteloso al momento de conectar el tubo en forma de U con el tubo de ensayo que contiene el mercurio.  La llama del mechero debe ser de color azul y no amarilla ya que, en el segundo caso hace que se forme hollín en el matraz, en cambio, el de llama azul no.  Se debe calentar el agua de matraz una temperatura aproximada al de la vaporización. 7) CONCLUSIONES Y COMENTARIOS:

 Se hallo las presiones de vapor para unas ciertas temperaturas dando   

  

como presión: 629.7375, 620.323, 549.418, 506.9465 y 463.513 con unos errores de 7.768, 2.2513, 3.2157, 3.6957 y 4.952 respectivamente. Comprendimos los principios de la experiencia de Torriccelli. Verificamos que a medida que disminuye la temperatura la presión de vapor saturado también disminuye. La columna de agua subía de una manera más lenta con respecto a la del mercurio, por ejm de 97°C a 90°C la columna de mercurio vario 11.2 mm mientras que la columna de agua vario 1.1 mm. Observamos el efecto del equilibrio dinámico que se produce entre la fase liquida y de vapor. La temperatura modifica la presión de vapor del agua esto debido a que guardan una relación proporcional. En el marco teórico se afirmó que a medida que la temperatura aumenta esta aumenta la cantidad de energía cinética y el número de moléculas que efectúan presión dentro del tubo en U, de modo que si hay más



temperatura hay más presión y si hay menos temperatura habrá menos presión. Así, se puede comprobar y concluir que esto es cierto. Debido al poco mercurio proporcionado en el laboratorio se decidió tomar variaciones más pequeñas de temperatura, porque si se tomaba mayores valores el mercurio podría subir por el tubo en u, dificultando y echando a perder todo el experimento.

8) BIBLIOGRAFÍA: a) b) c) d) e) f)

Manual de Laboratorio de Física Serway 6ed, “Libro para ciencia e ingeniería” http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf

https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor Navarro y Taype, “Física 2” http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/vapor1/vapor1.htm