PRESIÓN DE VAPOR

Universidad Nacional
Autónoma de México
Facultad de Química
Departamento de Fisicoquímica
Laboratorio de Equilibrio y Cinética
“PRESIÓN DE VAPOR Y
ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN
DEL AGUA”
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
OBJETIVO GENERAL
Comprender e interpretar el
significado de las variables
termodinámicas involucradas en
la ECUACIÓN DE CLAUSIUSCLAPEYRON, para aplicarlas en
la determinación de la
∆Hvaporización de una
sustancia.
OBJETIVOS PARTICULARES:
a. Determinar valores de Pv del
agua a distintas Temp, para
representar y describir la
relación que se presenta entre
ambas variables.
b. Calcular la ∆Hvaporización
del agua a partir de los datos
experimentales y obtener la
ecuación de ClausiusClapeyron
PROBLEMA:
Determinar la entalpía de vaporización del agua.
Equilibrio líquido-vapor:
  H2O( g )
H2O(l ) 
H m,vap
0
PRESIÓN DE VAPOR
 Es la presión a la que
cada temperatura
la fase condensada
(líquido o sólido) y
vapor se encuentran
en equilibrio.
 Su valor es
independiente de las
cantidades de la fase
condensada y la fase
vapor presentes
mientras existan
ambas.
ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN
Es la cantidad de calor que absorbe una
sustancia líquida para que se encuentre en
equilibrio con su propio vapor a presión
constante.
Si P = cte:
Qp
H
Calor latente:
Q m
vap
El calor latente de vaporización es
equivalente a la entalpía de vaporización:
vap
Hvap
Sus unidades pueden ser
J/mol, kJ/kg y derivadas
UTILIDAD
LA ECUACIÓN
Utilidad
de laDE
Ecuación
de DE
CLAPEYRON: DIAGRAMA
DE FASES
CLAPEYRON
 Útil para
predecir donde
va ocurrir una
transición de
fase.
 Se obtiene la
pendiente de la
curva de
coexistencia.
 Obtención de la
variación de
ENTALPÍA.
EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
Fase α
Fase β
Equilibrio térmico:
Equilibrio mecánico:
T
T
P
P
G
Equilibrio material:
d
d
3ra. Ec. Fundamental:
Sm dT Vm dP
Sm dT Vm dP
(Vm Vm )dP (Sm Sm )dT
Vm,trans dP
Sm,trans dT
d
SmdT VmdP
Ecuación de
Clapeyron
dP
dT
S m ,trans
Vm ,trans
0
ECUACIÓN DE CLAUSIUS-CLAPEYRON
Equilibrio líquido-vapor:
Sm,vap
dP
dT
Vm,vap
Vm,vap
VmV
VmV
dP
dT
H m,vap
Sm,vap
T
VmL
VmL
El vapor obedece
el modelo ideal:
Vm,vap  VmV
V
m
V
RT
P
dP
dT
dP
P
ln P
H m,vap P
RT 2
H m,vap dT
R
T2
H m,vap
RT
B
H m,vap
T Vm,vap
DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE
VAPORIZACIÓN
A partir de la gráfica:
ln P
ln P
y
B
H m,vap
R
1
T
B
m
x
b
m = − Hm,vap/R
1/T
Las unidades de
Hm,vap dependen de las de R
La Ley de Charles establece que cuando se aumenta la temperatura
el volumen de un gas aumenta directamente proporcional, cuando el
cantidad de sustancia y la presión permanecen constantes.
VαT
V = K’T
Ecuación de proceso:
Ecuación de estado:
V /T
K'
P, n = ctes
V1 / T1 V2 / T2
Mezcla de gases ideales de dos componentes
LEY DE DALTON:
Ptotal
PA
T ,V
PB
ctes
LEY DE AMAGAT:
Vtotal
VA
T, P
yA
nA
ntotal
PA
Ptotal
VA
Vtotal
yB
VB
ctes
1
yA
MATERIALES Y REACTIVOS:
MATERIALES Y REACTIVOS
Vaso Berzelius 1 L
Termómetro digital
Resistencia eléctrica
Agitador de vidrio
Probeta graduada
50mL
 Agua
 Barómetro digital





DISEÑO EXPERIMENTAL:
A2. DISEÑO EXPERIMENTAL
¿Qué se quiere hacer?
Establecer un intervalo de temperatura
para observar el cambio en la Presión de
vapor del H2O
¿Cómo se va a hacer?
Midiendo la variación de VTOTAL del sistema
(VTOTAL = VAIRE+VVAPOR) y su relación con la
temperatura
¿Para qué se va a hacer?
Obtener el ΔHm,vap en el intervalo de
temperatura mediante la linealización de la
Ecuación de Clausius-Clapeyron.
ALGORITMOS DE CÁLCULO:
RESULTADOS
RESULTADOS
Patm = ______________
Cálculos
Resultados
experimentales
Temp.
(°C)
Volumen
total (mL)
Temp.
(K)
Volumen
aire
(mL)
Volumen
vapor
(mL)
Y aire
Y vapor
P aire
(mmHg)
P vapor
(mmHg)
1/T
(K-1)
ln Pvapor
Cálculo del Volumen de aire (Vaire) a
diferentes temperaturas
 Considerando un modelo ideal.
 Ley de Charles P, n = cte
V0 volumen de aire a T0 = 273.15 K
T0 temperatura a 273.15 K
Vaire volumen de la mezcla vapor de
agua-aire a la temperatura T
T temperatura de la mezcla vapor de
agua-aire
V0
T0
Vaire
Vaire
T
V0T
T0
¿Y EL VOLUMEN DEL VAPOR?
Tenemos en la probeta una mezcla de
vapor de agua y aire. Por lo tanto, para
cada temperatura, se cumple la ley de
Amagat:
Vtotal
Vvapor Vaire
Vvapor
Vtotal Vaire
¿y las Presiones parciales?
 A partir de la Fracción mol
yaire
Vaire
Vtotal
yvapor
Vvapor
Vtotal
Presión parcial. Algoritmos:
Paire
yaire Ptotal
Pvapor
yvapor Ptotal
Gráficas a realizar:
 P vapor vs T y P aire vs T juntas
 ln (P vapor) vs 1/T
 V vapor vs T y V aire vs T juntas
Buscar el valor teórico de
ΔHm,vap del agua y
compararlo con el valor
experimental obtenido:
% Error
H teo
H exp
H teo
x100
PREGUNTAS:
 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.
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
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