“LABORATORIO DE QUIMICA APLICADA”.
PRACTICA NO.4 "INFLUENCIA SOBRE LA PRESÓON SOBRE EL PUNTO DE EBULLICIÓN"
INDICE.
I MARCO TEORICO.............................. TEORICO...........................................Pág.-2 .............Pág.-2 II MATE MATERI RIAL AL REQUERIDO..................................Pág.-6 III III DESAR DESARRO ROLL LLO O DE LA PRÁCTICA.......................Pág.-7 IV CUESTIONAR CUESTIONARIO IO....... .............. .............. ............... ............... ............... ........... ... Pág.-8
OBJETIVO DE LA PRÁCTICA:
1. Dete Determ rmin inar ar exper experim iment ental alme ment nte e la temp tempera eratu tura ra de ebul ebulli lici ción ón del del agua agua a diferen diferentes tes presion presiones. es. Compro Comprobar bar la ecuaci ecuación ón de Clausiu Clausius-C s-Clap laperyy eryyon on mediant mediante e el cálcul cálculo o de la tempera temperatur tura a correspo correspondi ndient ente e a las diferen diferentes tes pres presio ione nes s de vapo vaporr y comp compar arar arla la con con la temp temper erat atur ura a expe experi rime ment ntal al respectiva. 2.
MARCO TEORICO. Entalpia: Muchas veces las condiciones de volumen constante no son convenientes y en ocasiones son imposibles de alcan!ar. "a mayor#a de las reacciones ocurren en condiciones de presión constante $por lo general la presión atmosf%rica&. 'i dicha reacción produce un incremento neto en el n(mero de moles de un gas entonces el sistema reali!a un traba)o sobre los alrededores $expansión&. *sto se debe al hecho de +ue para el gas formado ingrese a la atmosfera debe actuar contra la presión presión atmosf%rica. atmosf%rica. De manera contraria si se consumen consumen mas mol%culas mol%culas de gas de las +ue se producen producen los alrededore alrededores s reali!an reali!an el traba) traba)o o sobre sobre el sistem sistema a $compresión&. ,or ultimo no se reali!a traba)o alguno si no hay un cambio neto en el numero de moles de los gases reactivos a productos. *n general para un proceso a presión escribimos * / + 0 * / +ᵖ 0 , , +ᵖ/ * 0 , , Donde el sub#ndice 3p4 denota condiciones a presión constante. 5hora presentamos una nueva función termodinámica de un sistema llamada entalpia la cual de define por medio de la ecuación 6 / * 0 , Donde * es la energ#a interna del sistema y , y son la presión y el volumen volumen del sistema respectivamente. Debido a +ue * y , tienen unidades de energ#a la entalpia tambi%n las tiene. 5demas * , y son funciones de estado estado es decir los cambios en $* 0 ,& dependen solo de los estados inicial y final. ,or tanto el cambio en 6 o 6 tambi%n depende solo de los estados inicial y final es decir 6 es una función de estado. ,ara cual+uier proceso el cambio de entalpia de acuerdo con la ecuacion esta dado por
6 / * 0 $,& 'i la presión se mantiene constante entonces 6 / * 0 , 'i se compara la ecuación podemos ver +ue para un proceso a presión constante +ᵖ / 6. 7na ve! ve! mas aun+ue aun+ue + no es una función función de estado estado el cambio cambio de calor a presión es igual a 6 debido a +ue la trayectoria esta definida y en consecuencia puede tener solo un valor especifico. 5hora tenemos dos cantidades * y 6 +ue se pueden asociar a una reacción. 'i esta ocurre en condiciones de volumen constante entonces el cambio de calor + es igual a *. ,or otro lado cuando la reacción se reali!a a presión constante el cabio de calor es igual a 6. *ntalpia de las reacciones Debido a +ue la mayor#a de las reacciones son procesos a presión constante podemos igualar el cambio de calor en estos cascos con el cambio de entalpia. ,ara cual+uier reacción del tipo 8eactivos 9 ,roductos Decimos el cambio en entalpia denominada la entalpia de reacción 6 como la diferencia entre las entalpias de los productos y la entalpia de los reactivos 6 / 6 $productos& : 6 $reactivos& "a entalpia de una reacción puede ser positiva o negativa seg(n el proceso. ,ara un proceso endot%rmico $ el sistema absorbe calor de los alrededores & 6 es positivo $ es decir 6 ; < &. ,ara un proceso exotermico $el sistema libera calor hacia los alrededores 6 es negativo $es decir 6 = < &. "a termo+u#mica opera con los procesos +ue se producen propiamente en una reacción +u#mica. 'i estas reacciones de presentan por 8eactivos 9 ,roductos "a variación de energ#a interna y la variación de entalpia en el proceso han de estar relacionados con los contenidos en energ#a y entalpia de los reactivos y productos en la forma * / * $productos& : * $reactivos& 6 / 6 $productos& : 6 $reactivos& 8elacion entre * y 6 "a medida de un calor de reacción se obtene normalmente de forma directa o por la variación de energ#a interna o por la variación de entalpia.
,ese a todo cada uno de estos resultados sirve para evaluar al otro. 'i la reacción se reali!a en un aparato cerrado donde las condiciones son a volumen constante como es la bomba calorim%trica no se produce traba)o de expansión y el calor de reacción es igual a la variación de energ#a interna. 'i el sistema reacciona a presión constante el calor de reacción como se indico en la sección ha de ser igual a la variación de entalpia. "a diferencia entre 6 y * para una reacción depende de la variación de volumen se produce cuando la reacción transcurre a presión constante contra esta presión.
Punto de ebullicin: *s la máxima temperatura a la +ue una sustancia puede presentarse en la fase l#+uida a una presión dada por su relación con el cambio de estado l#+uido l#+uido a gaseoso. para cada una de las sustancias existen diferentes puntos de ebullición seg(n la presión a la +ue se determine cuando se habla del punto de ebullición se hace referencia la presión ambiental ala +ue +ue se encuentra dicha sustancia . si un l#+uido recibe calor en el punto de ebullición la temperatura permanece invariable hasta +ue el l#+uido se haya evaporado por completo 'i ponemos al fuego un recipiente con agua como el fuego está a mayor temperatura +ue el agua le cede calor y la temperatura del agua va aumentando lo +ue podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando el agua llega a 1<< >C empie!a a hervir convirti%ndose en vapor de agua y de)a de aumentar su temperatura
P!e"in de #apo! de lo" l$%uido"
*n los l#+uidos las mol%culas están en continuo movimiento banco y mucho más restringido +ue el de las mol%culas gaseosas por la mayor atracción existente entre ellas y existe una distribución de velocidades moleculares en cierto modo seme)ante sala de los gases como consecuencia de esos movimientos constantemente estarán llegando mol%culas a la superficie despla!ando a las existentes ah# si se sit(a un l#+uido en un recipiente cerrado como el recinto vac#o de un tubo barom%trico al principio pasarán mol%culas del l#+uido al estado gaseoso pero estas mol%culas chocan con la superficie del l#+uido y si no poseen energ#a suficiente para vencer la atracción de %stas +uedarán retenidas o incorporadas nuevamente al y +ue constantemente estarán pasando mol%culas rápidas de l#+uido a gas y mol%culas lentas del gas a l#+uido hasta +ue se alcance el e+uilibrio
durante el e+uilibrio el n(mero de mol%culas +ue pasan de una fase a otra es el mismo a cada temperatura se establece una presión de la fase gaseosa +ue se puede medir por comparación con otro tubo barom%trico de referencia a este fenómeno se le conoce como presión de vapor de l#+uido a temperatura considerada.
MATERIAL & EQUIPO.
M5?*8@5". 1 Matra! balón plano de A<<
cm
3
1 ?ermómetro 1 Manómetro en 374 con mercurio 1 ?apón ?apón de hule bihoradado 1 ?ubo de vidrio con conexiones de hule 1 Mechero anillo y tela de alambre con asbesto Cuerpos de ebullición
DE'ARROLLO DE LA L A PR(CTICA. PROCEDIMIE)TO PRIMERA PARTE 1. *n el matr matra! a! balón balón colo colo+u +ue e aprox aproxim imad adam ament ente e 2A< 2A<
cm
3
de agua y los
cuerpos de ebullición. 2. Monte Monte el e+uipo e+uipo tal como como se indica en la Bigura Bigura 1 al iniciar iniciar el experime experimento nto el tubo tubo de hule hule no debe deberá rá esta estarr cone conect ctad ado o al manó manóme metr tro. o. *sta *stand ndo o desconectado el manómetro $pero en una posición tal +ue cuando sea necesario se pueda conectar rápidamente& caliente hasta ebullición. 5note la temperatura correspondiente. . ,or ,or un tiem tiempo po no mayor mayor de 1< segun segundo dos s de)e de)e de cale calent ntar ar y cone conect cte e rápidamente la manguera de hule al manómetro e inmediatamente inicie el calentamiento hasta una temperatura de aproximadamente E ℃ . De)e de calentar hasta estabili!ar la temperatura. 5note la variación de niveles de Mercurio en el manómetro $ ∆ P & y la temperatura correspondiente para este incremento de presión. Fo de)e enfriar mucho tiempo. G. Cali Calient ente e nuevam nuevamen ente te hasta hasta H ℃ retire el mechero y anote la variación de nivele niveles s del manómet manómetro ro a la tempera temperatur tura a corresp correspond ondien iente. te. Calient Caliente e nuev nuevam amen ente te hast hasta a 1<< 1<<
℃
y anot anote e la vari variac aciión de niv niveles eles en el
manómetro. A. Cuide Cuide de no calen calentar tar a una una temperat temperatura ura mayor mayor a 1<
℃
por+ue puede
desconectarse la manguera del manómetro o del matra! por el aumento de presión. De)e enfriar y cuando no haya variación en el nivel de mercurio $ ∆ P /<& desconecte la manguera de hule del manómetro.
Bigura1
CUE'TIO)ARIO. 1
*xpe *xperi rime ment ntal alme ment nte e cuan cuando do la pres presió ión n de opos oposic ició ión n fue fue de AHA AHA mm6g mm6g $presión atmosf%rica en el D.B& D.B& la temperatura de ebullición fue de
*+,C - /0.10 ,2
. 5 partir partir del del dato anterior anterior y de la ecuación ecuación de Clausisu Clausisus s : Clapeyron Clapeyron calcule calcule a las diferentes presiones $
PT
& la temperatura correspondiente a cada
presió presión n y compáre compárela la con la obteni obtenida da experim experiment entalm alment ente. e. Comple Complete te la siguiente tabla. Considere ∆ Ev =9700
T exp
2 G
T exp K
EA.1 A EI.1
cal cal ; R =1.987 mol mol K
H 2
H 1
∆ h =h2− h1=∆ P
PT =mmHg+ ∆ P
T Calc ℃
T Calc K
mmH g
mmHg
A<
<
A<
EA
95.85
369
1A<
A<
1<<
EHA
98.2 98.25 5
371. 371.! !
A I1.1 A I.1 A
H 1<<
1<
1A<
E<
EGA
98.7
371.85
2<
21<
1<<
EA
1!5
378.13
Cálculos Datos ,? / ,atm 0 J, J, / Jh Jh / h 2 - h1 >K / >C 0 2I.1A >K / 2 0 2I.1A / EA.1A >K Jh / h2 0 h1 / J, J, Jh / A< : < / A
[
P ₂ ΔHv 1 1 = − P ₁ R T ₁ T ₂
1 1 = − T ₂ T ₁
P ₂ P ₁ ΔHv
RLn
1
2
T = 1 − T ₁
P ₂ P ₁ ΔHv
RLn
1
2
T =
]
cal 635 mmHg (1.987 ) ln 1 mol 585 mmHg − 365.15 ° K 9700 cal / mol
>C />K-2I.1A >C / E - 2I.1A / A.HA >C >K / >C 0 2I.1A
=369 ° K
>K / G 0 2I.1A / EI.1A >K Jh / h2 0 h1 / J, Jh / 1A< : A< / 1<
2
T = 1 − T ₁
P ₂ P ₁ ΔHv
RLn
1
2
T =
cal 685 mmHg ( 1.987 ) ln mol 1 585 mmHg − 367 ° K 9700 cal / mol
=371.40 ° K
>C / >K - 2I.1A >C / I1.G< - 2I.1A / H.2A >C >K / >C 0 2I.1A >K / E 0 2I.1A / E.1A >K Jh / h2 0 h1 / J, Jh / 21< : 1A< / E
2
T = 1 − T ₁
P ₂ P ₁ ΔHv
RLn
1
2
T =
cal mmHg (1.987 ) ln 645 mol 1 585 mmHg − 369.15 ° K 9700 cal / mol
>C / >K - 2I.1A >C / I1.HA - 2I.1A / H.I>C >K / >C 0 2I.1A >K / 1<< 0 2I.1A / I.1A>K
=371.85 ° K
Jh / h2 0 h1 / J, Jh / 2< : 21< / 11
2
T = 1 − T ₁
P ₂ P ₁ ΔHv
RLn
1
2
T =
cal mmHg (1.987 ) ln 695 mol 1 585 mmHg − 369.15 ° K 9700 cal / mol
>C />K - 2I.1A >C / IH.1 - 2I.1A / 1
C
=378.13 ° K
