EQUILIBRIO LÍQUIDO

EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR
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.
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 qué
unidades se expresa y cuáles son los factores que la
afectan.
4. Explicar qué es la entalpía de vaporización, sus unidades
y cuáles son los factores que la afectan.
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.
Entalpía:
es una magnitud termodinámica representada con la
letra H, la variación de entalpía (∆H) es la cantidad de energía (calor)
que un sistema puede intercambiar con su entorno.
(una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un
sistema termodinámico).
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 entalpía total de un sistema no puede ser medida
experimentalmente, en cambio, la variación de entalpía de un
sistema sí puede ser medida experimentalmente.
ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN
† RELACION DE CLAUSIUS-CLAPEYRON
ln(Pvap) = -∆Hvap/RT + b
La ENTALPIA de vaporización o calor es la
cantidad de E necesaria para que una sust se
encuentre en equilibrio con su propio vapor
∆H vap
p2
=−
Ln
p1
R
1 1
−
T T 
 2
1
+b
continuación
5. Investigar qué utilidad tiene la ecuación de
Clausius-Clapeyron y explicar el significado de
los términos que aparecen en ella.
Utilidad de la EC.
P
† Útil para
predecir donde
va ocurrir una
transición de
fase
† Se obtiene la
pendiente de la
curva de
coexistencia
† Obtención de la
ENTALPIA
CLAUSIUS-CLAPEYRON
L
S
G
T
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 puede
calcularse una fracción mol.
DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE
VAPORIZACIÓN
A partir de la gráfica:
Ln Pvap
Pendiente= -∆Hvap/R
1/T
ln(Pvap) = -∆Hvap/RT + b
Ley de Charles
† Considerando un modelo ideal.
† Gas de Charles (P= cte)
Volumen α Temperatura
V/T = cte
V1 V2
=
T1 T2
¿y las presiones parciales?
† Fracción mol
yx
= 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
Cálculos
Resultados
experimentales
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 Pv ap
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 Temperatura
V/T = cte
Volumen de aire a 273K = Volumen de aire a X K
273 K
XK
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?
† Aire y vapor de agua
† b) ¿Cuál es la presión
total de los gases dentro
de la probeta?
† La presión atmosférica
† c)
¿Qué gases hay
dentro de la probeta a
0ºC?
† 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.