EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR

PRESIÓN DE VAPORY

ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓNDEL AGUA

I. OBJETIVO GENERAL

Comprender e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ecuación de Clausius-Clapeyron, para aplicarlas en la determinación de la entalpía de vaporización de una sustancia.

II. OBJETIVOS PARTICULARES

a. Determinar valores de presión de vapor del agua a distintas temperaturas, para representar y describir la relación que se presenta entre ambas variables.

b. Calcular la entalpía de evaporización del agua a partir de los datos experimentales y obtener la ecuación de Clausius-Clapeyron

III. PROBLEMA

Determinar la entalpía de vaporización del agua.

A1. CUESTIONARIO PREVIO 1. Describir a qué se refieren los equilibrios físicos y qué

características termodinámicas los definen.

2. Indicar cuál es la diferencia entre un gas y un vapor.

3. Explicar qué es la presión de vapor, en quéunidades se expresa y cuáles son los factores que laafectan.

4. Explicar qué es la entalpía de vaporización, sus unidadesy cuáles son los factores que la afectan.

PRESIÓN DE VAPOREs la presión a la que cada Temp la fase líquida y vapor se encuentran en equilibrioSu valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas.

Entalpía: es una magnitud termodinámica representada con laletra H, la variación de entalpía (∆H) es la cantidad de energía (calor)que un sistema puede intercambiar con su entorno.

La entalpía, es una variable de estado, ( que sólo depende de losestados inicial y final) que se define como la suma de la energíainterna de un sistema termodinámico y el producto de su volumen ysu presión.(H =U+pV).

La entalpía total de un sistema no puede ser medidaexperimentalmente, en cambio, la variación de entalpía de unsistema sí puede ser medida experimentalmente.

(una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por unsistema termodinámico).

ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN

RELACION DE CLAUSIUS-CLAPEYRON

ln(Pvap) = -∆Hvap/RT + b

La ENTALPIA de vaporización o calor es lacantidad de E necesaria para que una sust seencuentre en equilibrio con su propio vapor

−

∆−=

121

2 11TTR

HppLn vap b+

continuación

5. Investigar qué utilidad tiene la ecuación deClausius-Clapeyron y explicar el significado delos términos que aparecen en ella.

Utilidad de la EC. CLAUSIUS-CLAPEYRON

Útil para predecir donde va ocurrir una transición de faseSe obtiene la pendiente de la curva de coexistenciaObtención de la ENTALPIA

P

T

S

L

G

Contin…

6. Representar gráficamente la ecuación de Clausius-Clapeyron, indicando a qué corresponde el valor de la pendiente y el de la ordenada al origen.

7. Investigar el valor de la entalpía de vaporización del agua.40.7 KJ/mol a 273 K

8. Explicar la ley de Charles de los gases.

9. Explicar cómo se define y cuáles son las formas en que puedecalcularse una fracción mol.

DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE VAPORIZACIÓN

A partir de la gráfica:

Ln Pvap

1/T

Pendiente= -∆Hvap/R

ln(Pvap) = -∆Hvap/RT + b

Ley de Charles

Considerando un modelo ideal.Gas de Charles (P= cte)

Volumen α Temperatura

V/T = cte

2

2

1

1

TV

TV

=

¿y las presiones parciales?

Fracción moly x = nx / nT

= Px / PT

= Vx / VT

y aire = V aire / V total

y vapor = V vapor / V total

Pvap = y vap PT

A2. DISEÑO EXPERIMENTAL

Proponer el diseño del experimentoapartir del material indicado en elpunto A3

A2. DISEÑO EXPERIMENTAL¿Qué quiero hacer?

Establecer un rango de temperatura ( )para observar el cambio en la Pv del H2O

¿Cómo?Midiendo la variación de VT del sistema (VT = VAIRE+VVAPOR) y su relación con la

temperatura¿Para qué?

Obtener el DHV en el rango de temp, mediante la linealización de la Ec de CC

A3. MATERIALES Y REACTIVOS

Vaso Berzelius 1 L Termómetro digital Resistencia eléctrica Agitador de vidrio Probeta graduada 50mL Agua

A4. METODOLOGÍA EMPLEADA.

Describir detalladamente la metodología empleada después de haber realizado el experimento.

RESULTADOS

Resultados experimentales

CálculosTemp (°C)

Volumen (mL)

Temp (K)

Volumen aire (mL)

Volumen vapor (mL)

Y aire

Y vapor

P aire (mmHg)

P vapor (mmHg)

1/T (K-1)

Ln Pvap

Algoritmos de cálculos

Considerando que la presión se mantiene constante durante todo el experimento calcula:

a) el volumen de aire a cada temperatura y el volumen de vapor.

b) la fracción mol de aire a cada temperatura

c) la presión parcial del aire a cada temperatura

d) la presión de vapor del agua a cada temperatura

Cálculo del Volumen de aire (VA)a diferentes temperaturas

Considerando un modelo ideal.Gas de Charles (P= cte)

Volumen α TemperaturaV/T = cte

Volumen de aire a 273K = Volumen de aire a X K273 K X K

Volumen de aire a X (K) = volumen de aire a 273K (X K / 273 K)

¿Volumen de vapor?

Tenemos en la probeta una mezcla de vapor de agua y aire. Por lo tanto, para cada temperatura:

Volumen de vapor = Volumen total – volumen de aire

¿ ?

a) ¿Qué gases hay dentro de la probeta entre los 30ºC y 70ºC?

b) ¿Cuál es la presión total de los gases dentro de la probeta?

c) ¿Qué gases hay dentro de la probeta a 0ºC?

Aire y vapor de agua

La presión atmosférica

Solamente hay aire.

APLICACIONES

La presión de vapor tiene muchas aplicaciones en el campo industrial como en la vida cotidiana.

Un claro ejemplo de la aplicación de presión de vapor es en una torre de destilación que es ocupada para separar los diferentes compuestos de hidrocarburos que tine el petróleo.

Torre de destilación vista desde afuera.

Destilación fraccionada de los

hidrocarburos.

En la destilación de una sustancia como por ejemplo extraer un aceite esencial de una planta o cualquier otra sustancia.

En la vida cotidiana nos es muy útil por ejemplo al planchar.