JUSTIFICACIÓN
El agua es un ejemplo de sistema químico heterogéneo de un solo componente,
es necesario conocer el número de variables intensivas independientes que se
utilizarán en la determinación de la presión de vapor de este líquido. El número de
variables se determina mediante la regla de las fases de Gibbs aplicable a un
sistema de un componente sin reacción:
F = C - P +2 [Ecuación1]
Donde C=1 y P=1, equivalente a una especie química (agua) y a una fase (liquida)
respectivamente, sustituyendo los valores de C y P para el agua en la Ecuación 1,
los grados de libertad son dos, lo que indica que se consideran dos variables
independientes. Las fases líquida y gaseosa (agua y vapor de agua) se dan
conjuntamente en un amplio margen de temperatura y presión, por lo que estas
serán las variables independientes a utilizar. Debido a que el punto de ebullición
del agua a una presión P, es la temperatura a la cual se da la presión de vapor al
equilibrio, una vez fijada T, la presión de vapor del equilibrio del agua líquida a
temperatura T queda especificada o viceversa.
Se realizará un diagrama de fase de equilibrio liquido-vapor, con presión en función
de la temperatura. Para determinar la temperatura y presión al equilibrio se
calentara el agua a temperatura de ebullición, posteriormente se realizaran 5
repeticiones variando la presión del sistema y anotando la temperatura de
ebullición en cada caso. Se utilizará la definición de Clausius Clapeyron para
determinar temperaturas teóricas a cada presión trabajada, tomando como estado
de referencia el punto de ebullición y la entalpia de vaporización a 1atm.
[Ecuación 2]
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Analizar el comportamiento de la presión de vapor del agua respecto a su
temperatura de ebullición mediante el diagrama de fase del equilibro líquido-
vapor determinando temperaturas de ebullición a diferentes presiones en un rango
de presión de (540-690)mmHg.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
1. Fijar mediante la regla de fases de Gibbs, las variables independientes
para poder estudiar el equilibrio líquido-vapor.
2. Determinar de manera experimental las temperaturas de ebullición
respecto a cada variación de presión.
3. Analizar el comportamiento de la presión de vapor de agua en función
de la temperatura de ebullición.
4. Determinar las temperaturas de ebullición del agua respecto a cada
presión de vapor mediante Clausius Clapeyron.
5. Comparar las presiones y temperaturas teóricas y experimentales.
HIPÓTESIS
HIPÓTESIS ESTADÍSTICA
Análisis de Varianzas
1. PRESIÓN
H0: Las medias de los valores de presión no difieren significativamente entre sí al
variar la temperatura.
H1: Las medias de los valores de presión si difieren significativamente entre sí al
variar la temperatura.
2. TEMPERATURA
H0: Las medias de los valores de temperatura no difieren significativamente entre
sí al variar la presión.
H1: Las medias de los valores de temperatura si difieren significativamente entre sí
al variar la presión.
Análisis Correlación Lineal
1. PRESION
H0: No existe dependencia lineal de P en función de T.
H1: Si existe dependencia lineal de P en función de T.
2. TEMPERATURA
H0: No existe dependencia lineal de P en función de T.
H1: Si existe dependencia lineal de P en función de T.
HIPOTESIS CONCEPTUAL
1. El valor de la temperatura es directamente proporcional a la variación de la
presión en el rango de 640-590mmHg.
ASPECTOS DE SEGURIDAD
Métodos de control para la práctica
Operación al vacío:
1. Utilizar recipientes de vidrio especiales capaces de soportar el vacío (paredes
gruesas y formas esféricas para compensar las fuerzas en todo el recipiente) e
instalar el aparato en un lugar donde no haya riesgo de que sufran un choque
mecánico.
2. Recubrir con una cinta adhesiva o una red metálica el recipiente en depresión.
3. El paso de vacío a presión atmosférica se debe realizar de manera gradual y
lenta.
4. Hay que tener en cuenta que cuando se usa para generar el vacío una trompa
de agua y se cierra lentamente el grifo de alimentación, puede tener lugar un
retorno de agua al recipiente en el que se realiza el vacío. Para evitarlo se debe
cerrar primero la llave de paso intercalada entre el aparato sometido al vacío y la
trompa de agua. También es útil colocar entre ambos un recipiente de seguridad.
5. Antes de eliminar el vacío hay que esperar a que el matraz que contiene el
líquido se enfríe. Este enfriamiento progresivo se puede conseguir apartando la
muestra del sistema de calentamiento.
6. El refrigerante, matraz colector y en general todo el sistema de evaporación
debe protegerse con una mampara o con redes elásticas ajustadas a las
diferentes piezas de vidrio.
Diagrama del equipo
EQUIPO:
1. Balón de tres bocas
2. Termómetro
3. Condensador
4. Manómetro de mercurio
5. Bomba
6. Plancha eléctrica
7. Kitasato
1
2
3 4
5
6
7
ALGORITMO DE CÁLCULO
INICIO
Gráfica de Presión vrs Temperatura
Ecuación de Grados de
Libertad
F = C - P +2
[Ecuación 1]
P: número de
fases
C: número de
componentes
F: variable para
definir sistema
LnP: logaritmo natural
de presiones
H: Entalpía de
vaporización (kJ/mol)
R: Constante universal
de los gases (KJ/K·mol)
T: Temparatura (K)
FIN
Ecuación de Clausius Clapeyron
[Ecuación 2]
BIBLIOGRAFÍA
1. Levine, Ira N. “Principios de Fisicoquímica”. México, Editorial McGraw-Hill
Interamericana, 2009. Sexta Edición. ISBN 9781509888. pp 197-200.
2. Raymond, Chang. “Fisicoquímica”. México, Editorial McGraw-Hill
Interamericana, 2010. Tercera Edición. ISBN 9701066529. pp 251-257.
3. Raymond, Chang. “Química”. México, Editorial McGraw-Hill Interamericana,
2010. Décima Edición. ISBN 9786071503077. pp 482-500.