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Reporte P4 E5 B1 CORREGIDO
Reporte P4 E5 B1 CORREGIDO
Reporte P4 E5 B1 CORREGIDO
Laboratorio de Fisicoquímica
Maestros:
Objetivo
Marco teórico
Para la determinación del equilibrio de fase existen distintos métodos, como lo son: el
estático, de saturación gaseosa, isoteniscopio de Smith y Menzies, y el dinámico.
Mediante el método dinámico se mide la variación del punto de ebullición con la presión
externa aplicada. La presión ejercida sobre el líquido puede cambiar y/o mantenerse fijo
mediante el uso de un balón de compensación de gran capacidad.
Por otra parte, tomando en cuenta la teoría cinética se logra comprender el aumento de
presión de vapor con la temperatura; al aumentar la temperatura es mayor la presión de
moléculas que adquieren la energía suficiente para escapar de la fase líquida y en
consecuencia se precisa mayor presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el
líquido.
𝑑𝑃 ∆𝐻𝑉𝑎𝑝
=
𝑑𝑇 𝑇 × ∆𝑉
Donde ∆𝑉 señala el cambio del volumen molar de la sustancia al pasar de fase líquida a
gaseosa.
Ahora bien, tomando en cuenta que el volumen molar de la fase gaseosa es mucho mayor
que el de la fase líquida, y sabiendo que el compuesto gaseoso obedece la ley de los
gases ideales, la ecuación se simplifica de la siguiente manera:
𝑑𝑃 ∆𝐻𝑉𝑎𝑝 𝑃
=
𝑑𝑇 𝑅 𝑇2
∆𝐻𝑉𝑎𝑝 1
𝑙𝑛 𝑃𝑠𝑎𝑡 = − +𝐶
𝑅 𝑇
Esta ecuación presenta la forma de una línea recta cuya pendiente se relaciona con la
entalpía de vaporización.
Este tipo de información sobre las sustancias contribuyen a la hora de definir los
parámetros de operación de un proceso, así como de seguridad.
Hipótesis
Material
Sustancias
Procedimiento
Inicio
Fin
∆𝒉, 𝒄𝒎 𝑻, 𝑪°
56 65
50 70
44 75
38 80
30 86
24 89
20 92
14 95
10 97
4 99
0 101
Tabla 1.1 Datos obtenidos en la realización de la práctica.
Ya una vez registrados los datos presentados en la tabla anterior, se procede a calcular
la presión manométrica que esta dada por la siguiente ecuación:
Ya una vez obtenido el dato de las presiones manométricas para cada ∆ℎ, es posible
calcular la presión absoluta con la ayuda de la siguiente ecuación:
Donde 𝑃𝐴𝑡𝑚 es la presión atmosférica del día 5 de octubre del 2022 tiene un valor de
1018hPa, lo que es igual a 101,800 Pa, y 𝑃𝑚𝑎𝑛es la presión manométrica calculada.
𝑃 = 101,800 𝑃𝑎 − 0.00750 𝑚𝑚𝐻𝑔) = 205.9467 𝑚𝑚𝐻𝑔
𝐴𝑏𝑠1 74,340.44 Pa = 27,459.56 Pa ( 1 𝑃𝑎
0.00750 𝑚𝑚𝐻𝑔
𝑃𝐴𝑏𝑠11 = 101,800 𝑃𝑎 − 0 Pa = 101,800 Pa ( ) = 763.5 𝑚𝑚𝐻𝑔
1 𝑃𝑎
Los datos obtenidos se organizaron en mmHg, la temperatura en K así como los valores de
1/T y Ln(P) como se presenta en la siguiente tabla.
Ln(P) vs 1/T
7
4 𝑅2 = 0 .996453
Ln(P)
2
y=-4409.14x+
0
0.00265 0.0027 0.00275 0.0028 0.00285 0.0029 0.00295 0.003
1/T
1
ln(𝑃) = ( ) + 𝐶 [𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4]
−∆𝐻𝑣𝑎𝑝 𝑇
𝑅
−∆𝐻𝑣𝑎𝑝
Que 𝑚 = , al conocer el valor de la pendiente, se realiza un despeje del valor de la
𝑅
KJ
∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = −(−4409.14) (0.008314 − k) = 36.65 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
mol
Calculando ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 con los datos experimentales, se procede a corroborar el resultado obtenido
usando el % de error comparándolo con el valor reportado en la literatura, el cual es 45 kJ/mol.
∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑟𝑒𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜 − ∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑒𝑥𝑝
% 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = | | × 100
∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑒𝑥𝑝
45𝑘𝐽
− 36.65/𝑚𝑜𝑙
% 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = | 𝑚𝑜𝑙 | × 100 = 18%
45𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
Existe una relación entre la presión y temperatura con la entalpía de vaporización, esto
de acuerdo con la ecuación de Clausius-Clapeyron. Esto se ve reflejado en la grafica 1,
donde se observa la forma de una línea recta donde se puede utilizar la pendiente y la
constante de los gases ideales para obtener el valor de la entalpía de vaporización.
Obteniendo este valor, nos es posible medir la precisión de los datos de las mediciones
recolectadas.
Respecto al valor de 𝑅2, como se presenta en la misma gráfica, se tiene un valor alto,
muy cercano a uno y esto es bueno debido a que determina la viabilidad de que los datos
sean correctos. Por otro lado, esto no coincide con el porcentaje de desviación estándar,
ya que esto nos dice que no puede ser del todo optima con las condiciones estándar.
Se procede a analizar los datos experimentales obtenidos por tres equipos de trabajo
propuestos en el manual de laboratorio, los cuales fueron utilizados para el cálculo de la
entalpía de vaporización del agua.
Caso 1
Partiendo por el primer caso, se realizan los mismos cálculos anteriores. A continuación,
se presenta un resumen de los valores obtenidos de las presiones manométricas en la
siguiente tabla:
Δh, Densidad g P
m (Kg/m3) (m/s2) Manométrica
0.520
0 13546 9.81 69100.85
0.475
0 13546 9.81 63120.97
0.405
0 13546 9.81 53818.93
0.300
0 13546 9.81 39865.87
0.240
0 13546 9.81 31892.70
0.120
0 13546 9.81 15946.35
0.060
0 13546 9.81 7973.17
Tabla 2.1. Valores de 𝑷𝒎𝒂𝒏 para el “caso 1”.
P manométrica P atmosférica
P absoluta (Pa)
(Pa) (Pa)
69100.85 101,800 32399.15
63120.97 101,800 38379.03
53818.93 101,800 47981.07
39865.87 101,800 61934.13
31892.7 101,800 69907.3
15946.35 101,800 85853.65
7973.17 101,800 93826.83
Tabla 2.2. Datos obtenidos de todas las presiones.
Continuando con los datos requeridos, en la siguiente tabla se presenta los datos
obtenidos de la presión absoluta, temperatura en K, así como también las funciones 1/T
y ln(P).
P P
T °C TK manométrica Absoluta 1/T Ln (P)
Basándonos en la pendiente que nos es proporcionada por la grafica obtenida por Excel,
se puede deducir que:
∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = −𝑚 𝑥 𝑅
KJ
∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = −(−4924.5) (0.008314 − k) = 40.942 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
mol
El ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 reportado para el caso 1 es 40.942 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑟𝑒𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜 − ∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑒𝑥𝑝
% 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = | | × 100
∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑒𝑥𝑝
40.656𝑘𝐽
− 40.942𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
% 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = | 𝑚𝑜𝑙 | × 100 = 0.6985%
40.656𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
|% Desviación|=0.6985 %
Caso 2
Como en el caso anterior, se procede a realizar los mismos cálculos, también se va a utilizar el
mismo valor de la presión atmosférica. En la siguiente tabla se muestran los valores de
presiones manométricas obtenidas por la siguiente ecuación:
𝑃𝑚𝑎𝑛 = 𝜌𝐻𝑔 × 𝑔 × ∆ℎ
Δh, Densidad g P
m (Kg/m3) (m/s2) Manométrica
0.236
0 13546 9.81 31361.15
0.155
0 13546 9.81 20597.37
0.075
0 13546 9.81 9966.46
0.056
0 13546 9.81 7441.63
0.000
0 13546 9.81 0.00
Tabla 3. Datos para el cálculo de la presión manométrica para el caso 2.
P P
P atmosférica
manométrica absoluta
(Pa)
(Pa) (Pa)
31361.15 101,800 70438.85
20597.37 101,800 81202.63
9966.46 101,800 91833.54
7441.63 101,800 94358.37
0 101,800 101,800
Tabla 3.1. Datos para la realización de cálculos para obtener 𝑃𝐴𝑏𝑠
En la siguiente tabla están recopilados los datos obtenidos, presión absoluta, temperatura
en k, y las funciones 1/T Y ln(P).
P P
manométric Absolut
T °C TK 1/T Ln (P)
a a
31361.15 70438.8
70 343.15 0.002914 11.15823
5
20597.37 81202.6
80 353.15 0.002832 11.301
3
9966.46 91833.5
85 358.15 0.002792 11.42446
4
7441.63 94358.3
90 363.15 0.002754 11.45167
7
100 373.15 0 101,800 0.00268 11.52781
Tabla 3.2 Valores de T, P y de las funciones 1/T y Ln(P)
11.3
11.2
0 0 0 0 0 0 0
Los resultados de los cálculos realizados nos demuestran que los puntos se encuentran
alejado de la tendencia de la línea, esto quiere decir que el valor de 𝑅2 es lo
suficientemente menor como para considerar que los datos no son viables.
Utilizando la pendiente que empelo Excel para la realización de la gráfica:
∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = −𝑚 𝑥 𝑅
KJ
∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = −(−1620.9) (0.008314 − k) = 13.476 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
mol
El ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 reportado para el caso 2 es 13.476𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑟𝑒𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜 − ∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑒𝑥𝑝
% 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = | | × 100
∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑒𝑥𝑝
40.656𝑘𝐽
− 13.476𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
% 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = | 𝑚𝑜𝑙 | × 100 = 66.853%
40.656𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
|% Desviación|=66.853 %
Es muy notorio el gran valor del porcentaje de desviación de datos a comparación del
experimental. Deduciendo respecto al caso 2, se presentaron problemas de presión, esto
puede ser por la diferencias de alturas a comparación del caso 1. Donde se identifica
principalmente la deficiencia de la validez de los datos, es sobre los valores que se
obtuvieron para la obtención de la presión absoluta y manométrica, donde la presión
absoluta es menor que la manométrica y aquí es donde se encuentra el error, debido a que el
incremento de la temperatura debería de ser más constante y lento.
Caso 3
Al igual que en los dos casos anteriores, se implementa el mismo procedimiento para llevar a cabo
los cálculos correspondientes:
𝑃𝑚𝑎𝑛 = 𝜌𝐻𝑔 × 𝑔 × ∆ℎ
Δh, Densidad g P
m (Kg/m3) (m/s2) Manométrica
0.38 13546 9.81 50496.77
0.30 13546 9.81 39865.87
0.21 13546 9.81 27906.11
0.08 13546 9.81 10630.90
0.0 13546 9.81 0.00
Tabla 4.1 Datos para calcular la 𝑃𝑚𝑎𝑛 para el caso 3.
Se procede a calcular la presión absoluta implementando la siguiente ecuación:
En la siguiente tabla están recopilados los datos obtenidos, presión absoluta, temperatura
en k, y las funciones 1/T Y ln(P).
T P P 1/
TK T Ln (P)
°C manométrica Absoluta
350.1 10.8396
77 50496.77 51,303.23 0.002856
5 4
355.1 11.0289
82 39865.87 61,934.13 0.002816
5 7
361.1 11.2063
88 27906.11 73,893.89 0.002769
5 2
367.1 11.4171
94 10630.9 91,169.1 0.002724
5 8
372.1 11.5278
99 0 101,800 0.002687
5 1
Tabla 4.3 Datos experimentales obtenidos para el caso 3.
∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = −𝑚 𝑥 𝑅
KJ
∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = −(−4111.5) (0.008314 − k) = 34.183 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
mol
El ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 reportado para el caso 3 es 34.183 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
|% Desviación|=15.921 %
Ya obteniendo los resultados de cada caso, en base al % de desviación de los tres casos, en el caso
1 se trabajó con una mejor precisión a comparación del caso 2 y 3.
La desviación para este caso no fue considerablemente alta, pero a comparación de los otros casos
esta es mayor, y esto puede suceder debido al registro de los datos experimentales.
Tanto para el caso 2 como para el 3, exceden el valor admisible en cuestión del porcentaje de los
estándares de calidad, que son de 5%.
Conclusión
En base a los resultados obtenidos de la práctica, en la determinación de la entalpía de
vaporización, se puede demostrar que es un proceso que absorbe energía, esto se puede
deducir debido a que le valor reportado fue de 36.65 𝑘𝐽/mol dando un valor positivo, lo que
nos quiere decir que es un proceso endotérmico.
La desviación obtenida del dicho experimento fue del 18% por lo que se puede apreciar que
este valor está muy por encima de los límites permitidos, para este caso es el 5%. Este
porcentaje puede ser consecuencia de un error en la toma o registro de las mediciones o por
la presión atmosférica que se encontraba en el día de la realización de la práctica, algo que
no se puede controlar.
Respecto a los casos, se apreció una variación de desviación que en cierto punto son
diferentes, como en el caso 1 con un porcentaje de 0.70% (redondeado), en el caso número
2 con un valor de 66.85% y en el caso 3 con un valor de 15.91%. La gran diferencia que
pudo haber ocasionado que los valores no tuvieran alguna relación, es por las condiciones
en las que se llevó a cabo el experimento.
Sin duda alguna, tanto el caso 2 como el 3, sobrepasan los límites establecidos
anteriormente (5%) por otro lado, el caso 1 viene siendo aceptable.
Referencias
Clapeyron