EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR ciclo 2013-I

PRESIÓN DE VAPOR

Y ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN

DEL 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.

PRESIÓN DE VAPOR

Es la presión a la que cada Temp la FASE LÍQUIDA Y VAPOR se encuentran en equilibrio

Su valor es INDEPENDIENTE de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas.

Factores modifican la condición de equilibrio

Entalpía: es una MAGNITUD TERMODINÁMICA representada

con la letra H, la variación de entalpía (ΔH) 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 los estados inicial y final) que se define como la SUMA DE LA ENERGÍA INTERNA DE UN SISTEMA TERMODINÁMICO Y EL PRODUCTO DE SU VOLUMEN Y SU PRESIÓN.(H =U+pV).

La HTOTAL de UN SISTEMA no puede ser medida

experimentalmente, en cambio, la VARIACIÓN DE ENTALPÍA de un sistema sí puede ser medida experimentalmente.

(MEDIDA DE LA CANTIDAD DE ENERGÍA ABSORBIDA o CEDIDA por un sistema termodinámico).

ENTALPÍA de VAPORIZACIÓN

ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN

RELACION DE CLAUSIUS-CLAPEYRON

ln(Pvap) = -DHvap/RT + b

Puntualizando La ENTALPIA de VAPORIZACIÓN o calor es la cantidad de E necesaria para que una sust se encuentre en equilibrio con su propio vapor

D

121

2 11

TTR

H

p

pLn

vap b

EC. CLAUSIUS-CLAPEYRON

Útil para predecir donde va ocurrir una transición de fase

Se obtiene la pendiente de la curva de coexistencia

Obtención de la ENTALPIA

P

T

S

L

G

Utilidad

DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE

VAPORIZACIÓN

A partir de la ec lineal

Ln Pvap

1/T

Pendiente= -DHvap/R

ln(Pvap) = -DHvap/RT + b

Ley de Charles

Considerando un modelo ideal.

Gas de Charles (P= cte)

Volumen Temperatura

V/T = cte

2

2

1

1

T

V

T

V

¿y las presiones parciales?

Fracción mol

y 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 experimento apartir del material indicado en el punto 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 Cálculos

Temp (°C)

Volumen (mL)

Temp (K)

Volumen aire

(mL)

Volumen vapor

(mL)

Y

aire

Y vapor

P aire (mmH

g)

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 Temperatura

V/T = cte

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

273 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.