1. Presión de vapor

OBJETIVO. Describir a qué se refieren los equilibrios físicos y qué características termodinámicas los definen.

El equilibrio físico es la transición que se da entre dos fases de la misma sustancia, debido a que los cambios que ocurren son procesos físicos

Martha Patricia Juárez Morales

Diferencia entre un gas y un vapor• Un gas está constituido por moléculas no unidas, expandidas y con

poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida. La sustancia gaseosa se encuentra en éste estado en condiciones normales de presión y temperatura (C.N.P.T)

• El término vapor se refiere estrictamente a aquel gas que se puede condensar por presurización a temperatura constante; es un estado de la materia en el que las moléculas apenas interaccionan entre sí. Los vapores se encuentran en estado de vapor por haber sufrido algún cambio en sus condiciones (C.N.P.T)


¿Qué es la presión de vapor, en qué unidades se expresa y cuáles son los factores que la afectan?

La presión de vapor o más comúnmente presión de saturación, es la presión para una temperatura dada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio termodinámico.

La unidad del sistema internacional de presión de vapor es en pascales (Newton /m2) .

Los factores que la afectan son la presión y la temperatura.


¿Qué es la entalpía de vaporización, en qué unidades se expresa ?La entalpía de vaporización o calor de vaporización es la

cantidad de energía necesaria para que la unidad de masa (kilogramo, mol, etc.), de una sustancia que se encuentre en equilibrio con su propio vapor, a una presión de una atmósfera pase completamente del estado líquido al estado gaseoso.

Suele representarse como Hvap y se mide en kJ mol-1


¿Qué utilidad tiene la ecuación de Clausius-Clapeyron y explicar el significado de los términos que aparecen en ella?.

La ecuación de Clausius-Clapeyron tiene la forma de la ecuación de la recta y = mx + b. Al medir la presión de vapor de un liquido a distintas temperaturas, y trazando un a gráfica de ln P contra 1/T, se determina la pendiente de la recta.

Donde :ln P= es el logaritmo natural de la presión de vapor H= es el calor de vaporización R= es la constante universal de los gases 8.31 J/mol K T= temperatura absolutaC= es una constante (sin relación a la capacidad calorífica)


Representar gráficamente la ecuación de Clausius-Clapeyron

y = mx + b Donde:y = lnPx = 1/T m = Hvap/R


El valor de la entalpia del agua es de 540 cal/g

Ley de Charles de los gases.Lo que Charles descubrió es que si la

cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:


¿ Cómo se define y cómo puede calcularse la fracción mol?

La fracción molar es una unidad química para expresar la concentración de soluto en una disolución. Nos expresa la proporción en que se encuentran los moles de soluto, con respecto a los moles totales de disolución, que se calculan sumando los moles de soluto(s) y de disolvente. Para calcular la fracción molar de una mezcla homogénea, se emplea la siguiente expresión:

Donde ni es el número de moles del soluto, y nt el número total de moles en toda la disolución (tanto de solutos como de disolvente).


Materiales y Reactivos

1 Vaso Berzelius 1 L 1 Termómetro digital

1 Resistencia eléctrica 1 Agitador de vidrio

1 Probeta Graduada 50 mL

Agua



PROPUESTA DE TÉCNICA EXPERIMENTAL

1) Observar la figura 1. Llenar la probeta de 50 mL con agua destilada e introdúcela invertida en el “baño de agua” (vaso de precipitados de 1 L).

Levántala cuidadosamente para permitir la entrada de un poco de aire (aproximadamente 20 mL).

2) Agregar al baño suficiente agua para asegurar que la probeta quede completamente sumergida. Si es necesario utilizar un contrapeso, para mantener la probeta sumergida durante todo el experimento.

3) Sumergir el termómetro dentro del baño. 4) Calentar el sistema con una resistencia eléctrica hasta llegar a una temperatura de 75ºC. Observar lo que sucede dentro de la probeta. 5) Retirar la resistencia para que el sistema se enfríe. Observar lo que sucede y registrar la temperatura y el volumen de gas dentro de la probeta. Mantener una agitación suave para evitar gradientes de temperatura dentro del sistema. Continuar con las mediciones hasta que la temperatura sea aproximadamente 30ºC 6) Agregar hielo, poco a poco, hasta que la temperatura alcance aproximadamente los 0ºC y registrar el volumen de gas dentro de la probeta.


ResultadosResultados Resultados experimentalexperimentaleses

CálculosCálculos

Temp Temp (°C)(°C)

Volumen Volumen (mL)(mL)

Temp Temp (K)(K)

VolumeVolumen aire n aire

(mL)(mL)

Volumen Volumen vapor vapor

(mL)(mL)

Y aireY aire P aire P aire (mmHg(mmHg

))

P vapor P vapor (mmHg(mmHg

))

1/T 1/T (K(K-1-1))

Ln PLn Pvapvap


Considerando que la presión se mantiene constante durante todo el experimento.

CALCULA:

1. El volumen de aire a cada temperatura y el volumen de vapor.

Considerando un modelo ideal.

Ley de Charles-Gay Lussac a P= cte V1/T1 = V2/T2

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

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


2. La fracción mol de aire a cada temperatura.

Fracción molyx = nx / nT = Px / PT = Vx / VT

y aire = V aire / V total

y vapor = V vapor / V total

3. La presión parcial del aire a cada temperatura.Paire = y aire PT

4. La presión de vapor del agua a cada temperatura.

Pvap = y vap PT


RELACION DE CLAUSIUS-CLAPEYRON

ln(Pvap) = -Hvap/RT + b


Determinación de la entalpía de vaporización

A partir de la gráfica:

Ln Pvap

1/T

Pendiente= -Hvap/R

1. Presión de vapor

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