Universidad de ChileFacultad de Ciencias Químicas y FarmacéuticasDepartamento de Química Orgánica y FisicoquímicaCurso Electivo Fisicoquímica Experimental

“Calor de Vaporización: Informe Seco”

Estudiante: Martín Pérez Comisso

Semestre: Sexto (VI)

Fecha de “Ejecución”: 5 de Agosto de 2009

Fecha de “Entrega”: 12 de Agosto de 2009

Introducción

En el practico realizado buscamos determinar el calor de vaporización,el punto de ebullición normal y las constantes de Antoine para el tetracloruro de carbono a partir de las mediciones de temperaturas de ebullición.

Fundamentaremos nuestro trabajo practico con los estudios de Clapeyron y posteriormente de Clausulas y Antoine. El primero determino una relación que vincula para un sistema cerrado, donde los potenciales químicos son iguales, la relación entre Entropía Molar y Volumen molar para un equilibrio liquido-vapor donde la presión y la temperatura varían.

Clausius, por su lado, aporto al vincular esta relación para sistemas en equilibrio donde los potenciales son iguales con el concepto de Entalpía Molar. Luego, por un análisis mas matemático, Antoine propuso una alternativa a la ecuación Integrada de Clausius-Clayperon donde se utilizan parámetros semiesféricos denominados A, B y C.

Con todas estas herramientas disponibles y usando esencialmente un ebullómetro lograremos poder aproximar el punto de ebullición, el calor de vaporización y las constates de Antoine para el tetracloruro de carbono y analizar que error existe con los resultados conocidos en la literatura.

Materiales

A) Instrumental:

-Ebullómetro: Artefacto utilizado para medir la temperatura a la que hierve un liquido. Esta compuesto de una cámara de ebullición donde esta la solución de interés a medir con una resistencia interna y un tubo bomba Cottrell que lleva el gas a una cámara de desagregamiento que tiene un termómetro donde realizamos la medición de temperatura. Esta cámara esta conectada a un refrigerante y este con un tubo que recupera el solvente a la cámara de ebullición. Su costo promedio bordea los 600 euros en el mercado y su uso se masifico en Enología para medir grado alcohólico de los vinos.

B) Reactivos:

- Tetracloruro de carbono (CCl4): Numero CAS 56-23-5. Liquido incoloro de carácter apolar. Peso Molecular: 154 g/mol Su punto de Fusión es 250 K y de ebullición 350 K. Su temperatura Critica es 556 K. Es poco soluble en agua teniendo una solubilidad de 0,08 g en 100 g de Agua. No es inflamable, como gas presenta un aroma dulce. Tiene múltiples usos industriales como refrigerante y extintor. Puede entrar en el organismo por vía inhalatoria o esnifado, por absorción de la piel, por vía oral, mucosas o exhalación. Es cancerígeno, afecta al SNC causando desde cefaleas hasta delirios dependiendo de la cantidad ingerida.

Datos Experimentales

Las mediciones experimentales con el ebullómetro obtenidas a distintas temperaturas para el Tetracloruro de carbono (CCl4) son las de la tabla siguiente:

T(ºC) 298,15 308,15 318,15 328,15 338,15 348,15

P(kP) 15,10 23,14 34,36 49,60 69,81 95,97

P(torr) 113,3 173,62 257,8 372,15 523,78 720,06

Tabla 1: Datos experimentales obtenidos

Resultados

Con los datos obtenidos, calculamos el logaritmo natural de la presión y el reciproco de la temperatura para luego poder ajustarlo a modelos donde comparamos el logaritmo natural de la presión versus la temperatura (gráfico 1) y el reciproco de la temperatura (gráfico 2)

T(ºC) 298,15 308,15 318,15 328,15 338,15 348,15

P(torr) 113,3 173,62 257,8 372,15 523,78 720,06

1/T 0,0034 0,0032 0,0031 0,0030 0,0030 0,0029

ln P 4,730 5,157 5,552 5,919 6,261 6,579

Tabla 2: Tratamiento de Datos

Gráfico 1: T versus ln P

En el caso de la aproximación usando los datos de temperatura versus el logaritmo de la presión obtenida experimentalmente observamos una recta obvia y apreciable, cuya ecuación es (3,418e-2)T-5,2914=ln P con un residuo de 0,97212 que indica que es una muy buena aproximación.

290 300 310 320 330 340 350 360

0

1

2

3

4

5

6

7

Grafico 2: T v/s ln P

Luego, al intentar correlacionar los datos con la forma integrada de la Ecuación de Clausius-Clapeyron se obtiene el gráfico 2, de ecuación -3643.58(1/T)+16,9647=ln P con un residuo de -0,97739 que es mejor que la aproximación anterior y que nos sirve para poder determinar el calor de vaporización del Tetracloruro de carbono.

Gráfico 2: T versus ln P

Discusión y Comentarios

A) Unidades de la Presión

Al intentar obtener con los datos experimentales una curva que se ajustara al sistema nos encontramos con un problema: Los valores no son los mismo. Pero luego de aplicar una transformación de unidades donde pasamos los KPa a torr o mmHg nos percatamos que al realizar nuevamente el análisis de datos llegamos a los resultados esperados.

El análisis con la presión en KPa no lo colocamos en el trabajo, debido a que encontramos improcedente mostrar que con un cambio de unidades altera nuestros resultados, cosa que es obvia en un ámbito científico aunque muy importante a tener en cuenta en cualquier estudio.

Respuesta a las preguntas de la guía

A)Determinación del punto de ebullición normal y el calor de vaporización del CCl4

El calor de vaporización ΔHvap es 30,292 Kj mol y la Temperatura de Ebullición Normal Tb corresponde a 352,92 K (79,77 C)

B) Comparación con literatura y calculo de error

En la literatura encontramos para el Tetracloruro de Carbono un valor de 76,8 ºC para su temperatura de ebullición, Una entalpía de vaporización de 29,82 KJ/mol a su temperatura de ebullición y de 32,43 KJ/mol a C.N.P.T.

0,0028 0,0029 0,0030 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034

0

1

2

3

4

5

6

7

Grafico 4: 1/T v/s ln P

El error relativo respecto a la la entalpía de vaporización es de 6,592% y respecto a la temperatura de ebullición normal es -3.867%

C) Constantes de Antoine

Las constantes de Antoine se obtienen a partir de un moldeamiento de la ecuación de antoine con los datos obtenidos. En este problema tomamos C como -50 con la cual estimamos ln P=A+B/(T-C). Al modelar ln P v/s 1/(T-50) conocemos que A = -2755.62 y B=15.8177

D) Entalpía de vaporización como función de la temperatura

Al remplazamos en la Ecuación de Clausius-Clapeyron con las constantes de Antoine, obteniéndose:

ΔH= -2755,62x8,314T 2 (T-50)2

Función con la cual se tiene una relación entre la entalpía de vaporización y la temperatura en grados Kelvin.

Apéndice

Bibliografía

-Http://labquimica.wordpress.com/2008/09/04/caor-de-vaporizacion-y-punto-de-fusion-la-ecuacion-de-clausius-clapeyron/

-ATSDR en Español – Resumen de Salud Publica: Tetracloruro de carbono. Departamento de Salud y Servicios humanos de EE.UU. (dominio publico)

-http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_carbono_(IV)

-http://www.dujardin-salleron.com/products/fiche.php?langue=3&refProduit=160301

-CRC Handbook of Chemestry and Physics. Lide, D. (Editor), 87ª Edicion, Bocaraton CRC 2006-2007. Pag 6-98