Entalpía de Vaporización de Un Líquido Info Mate

Entalpía de Va Vaporización porización de un u n Líquido. KELLY A. BORRERO1, ANDRE VA!"E# VA!"E# 1 1

Facultad de Ciencias Naturales, Universidad Icesi, Cali, Colombia

 Recibido 25 Octubre Octubre 2013

AB$RA%$& The enthalpy of vaporization was experimentally determined throuh the  bubble method of the ideal as! "ith the ob#ective of findin the necessary enery, for   brea$in the intermolecular attractions between the molecules of water in the li%uid  phase so these will turn into the as phase! The pressure experienced by the system was e%uiva e%u ivalen lentt to atmosp atmospher heric ic press pressure ure,, corres correspon pondin din to 1,&&1' 1,&&1'(at (atm! m! )p )pply plyin in the Clausius*Clapeyron Clausius*Clapeyron e%uation to find ∆ H v , we et a value of +(+-,. /0mol, with an error rate of ,'.2! Clausius*Clapeyron e%uation4 5ressure4 6o 6olume4 Ke'(ord)& 3nthalpy of vaporization4 Clausius*Clapeyron 7as 8ubble 9ethod4 :i%uid;s 6apor 5ressure

*N$ROD"%%*+N Toda sust sustan anci ciaa exis existe te en una una de tres tres formas flido, l<%uido o aseoso! 3stas tres formas se denominan estado estado de la mate materi ria! a! :os :os cambio cambioss de esta estado do tamb tambi? i?nn son son cono conoci cido doss como como camb cambio ioss de fase fase!! :a sust sustan anci ciaa pued puedee cambiar de fase por una absorci>n o una liberac liberaci>n i>n de calor, calor, dependien dependiendo do de la modifi modificac caci>n i>n de temper temperatu atura ra o presi> presi>nn %ue experimente1! 3l cambio de estado, de fase l<%uida a fase fase de vapo vaporr, de una una det determ erminad inadaa sustancia se denomina vaporizaci>n! :a vaporizaci>n puede partir de dos formas= la primera es, a cual%uier temperatura el l<%uido pasa lentamente a estado aseoso, denominado proceso de vaporizaci>n! @ la seunda forma, es a una temperatura determinada, es decir se produce un paso de l<%uido a as, conocido como ebullici>n! Todo proceso de vaporizaci>n implica una absorci>n de calor por parte

del del l<%u l<%uid idoo resp respec ecto to del del ento entorn rno! o! :a cantidad de calor necesaria para tran transf sfor orma marr un mol mol de un l<%u l<%uid idoo en vapor a presi>n y temperatura especn >n ( ABvD ! :a ecua ecuaci ci>n >n de Clap Clapey eyro ronn- da la  pendiente dp0dT de las ln por medio de las  presiones y temperaturas experimentales! ln

P − ΔH m 1 + K [ 1 ] ¿=  P  R T 

:a ecuac ecuaci> i>nn anter anterio iorr tiene tiene un unaa form formaa lineal recta, por tal raz>n se puede dar una interpretaci>n de :n5 %ue es el e#e y frente a 10T %ue es el e#e x, teniendo una

 pendiente de Bm,T0G a una temperatura T! 5or lo %ue la medida de la  pendiente a estas temperaturas permite determinar el valor de entalpia de vaporizaci>n a cada temperatura! :a entalpia de vapor tiene muchas aplicaciones en el campo industrial como en la vida cotidiana! 3n la industria  petrolera, utilizan m?todos de separaci>n entre fases y cambios de estados entre los hidrocarburos Ade li%uido a asD por  medio de las variaciones de las temperaturas y presiones, para as< obtener   petr>leo purificado+! @ una aplicaci>n en la vida cotidiana %ue es muy Htil, es el  planchado a vapor, esta provee una  presi>n de vapor constante por arriba de -,( bares, reduciendo el tiempo %ue se necesita normalmente para realizar el  planchado!

A$ER*ALE Y E$ODO

-iura 1. 9onta#e experimental para determinar  la burbu#a de as ideal!

/arte e0periental Tomado de 9U/IC), C! 5rEctica '= 3ntalpn de un l<%uido! antiao de Cali! pp! 1*, 9odificado por  Jambrano, 9! (&1(! 3l tubo diseKado especn perfectamente vertical! )l estabilizarse la temperatura del sistema, se toma una lectura del volumen de la  burbu#a de aire! :ueo, se procede a calentar el sistema hasta una temperatura de .&LC!

RE"L$ADO Y D*%"*+N $a2la 1. Matos tomados experimentalmente

$eperatura del aua 34%5 -, 1+,& (-,1 +, +, '1,'-,'+,. ',. +,' ,1 ,( ., .,

$eperatura del aua 3K5 (',' (',1 (.,( -1.,' --',' -++,+ -+,+ -+,& -&,& -', -.,( -1,- -(,' -(,.

Voluen de 2ur2u6a 3L5 &, &, &,' &, &,. 1,& 1,1 1,( 1,1,+ 1, 1, 1,' 1,

Con el volumen de la burbu#a y la temperatura del aua, se realiza la respectiva estadn estEndar y coeficiente de variaci>nD! •

 Muestra de cálculo:

( 0,5 −1,15 )2+ ( 0,6−1,15 )2+ ( 0,7 −1,15 )2 +( 0,8 −1,15 )2 2 2 2 2 + ( 0,9−1,15 ) + ( 1,0 −1,15 ) + ( 1,1−1,15 ) + ( 1,2−1,15 ) 2 2 2 2 + ( 1,3 −1,15 ) + ( 1,4 −1,15 ) + (1,5 −1,15 ) + ( 1,6−1,15 ) + ( 1,7 −1,15 )2 +(1,8 −1,15 )2 ¿

 Promedio n

 x ∑ =

i

 x´ =

i 1

13

n

σ =√ ¿

 Muestra de cálculo:

 x´ =

( 0,5 + 0,6 + 0,7 +0,8 + 0,9 + 1,0 + 1,1 +¿ 1,2 14

σ =0,403 •

Coeficiente de variación

σ  Cv =  × 100  x

 x´ =1,15 •

 Desviación estándar

σ =

√

 Muestra de cálculo:

n

∑ ( x − x´ )

2

i

Cv =

i =1

n −1

0,403 × 100 1,15

Cv =35,04

$a2la 7. 3stad
Voluen de la 2ur2u6a

$eperatura del aua

/roedio

1,1

--,+

De)8iación e)t9ndar

&,+&-

(,+.

%oe:iciente de 8ariación

-,&+

,+ naire =

e realiza la conversi>n de milibares AmbD a atmosfera AatmD= 1,01325 ¯ ¿ =1,00172 atm  1 atm ¯¿ 1  × ¿ 1000 hpa 1000 hpa 1015 mb × ×¿ 1000 mb

Como se conoce el volumen de la burbu#a de aire, la temperatura del medio y la presi>n externa! 3s posible determinar el nHmero de moles de aire, ya %ue se estE tratando con un as ideal!

 Pexterna × V burbuja  RT 

[ 2]

Geemplazando los siuientes valores en la ecuaci>n (, obtenemos las moles del aire=

 Muestra de cálculo:

naire =

( 1,0017 atm ) × (0,5 cm3)

(

 ) 3

 atmcm 82,06 ×( 276,75 K ) molK  −5

naire =2,205 × 10 mol

 Pliquido= P externa − Paire [6 ]

e puede considerar las moles de aire constante debido a %ue, las %ue no van a estar  en estado l<%uido van a estar en estado aseoso! :a presi>n total de la burbu#a se determina utilizando la ley de Malton, de la siuiente forma=

5ara un volumen de &,cm-  y una  P e!terna de 1,&&1'(atm!  Muestra de cálculo:

 Ptotal= Paire + P liquido[ 3 ]  Paire =

Como P total P e!terna "#$ , entonces la presi>n de vapor del l<%uido se obtiene de la siuiente forma=  Paire =

naire RT  V burbuja

(

 ) ( 3

( 2,205 × 10 mol ) 82,06 atmcm molK  −5

0,5 cm

3

 Paire =1,00151 atm  Pliquido= 1,00172 atm −1,00151 atm

[5 ]

 Pliquido= 2,1 × 10

−4

atm

$a2la ;. Meterminaci>n de la presi>n del aire y la presi>n del l<%uido!

Voluen 3c;5

/re)ión aire 3at5

&, &, &,' &, &,. 1,& 1,1 1,( 1,1,+ 1, 1, 1,' 1,

1,&&11 &, &,' &,'(&,'. &,(&,. &,( &,+' &,+( &,+-&,+&. &,- &,-

5ara determinar el B v  es necesario realizar  la rafica de :n 505P vs! 10T, donde la  pendiente serE Bv  %ue se busca! 5ara un volumen de &,cm-!

/re)ión liquido 3at5 −4

2,1 × 10

&,1- &,(- &,(' &,-(( &,-' &,+-1 &,+'' &,1+ &,-. &, &,.&,1 &,-'

3n el e#e Q= 1

 =

T 

1  = 0,00361 K −1 276,75 K 

3n el e#e @=  Muestra de cálculo:

ln

P  0,00021 atm =−8,47 ¿ = ln 1 atm  P

$a2la <. Meterminaci>n de la entalpia de vaporizaci>n

$eperatura 3K5

E6e = 3K>1 5

(','

&,&&-1

(',1 (.,( -1.,'

&,&&-+ &,&&--' &,&&-1(

/re)ión liquido 3at5 −4

2,1 × 10 &,1- &,(- &,('

E6e Y *,+' *1,.. *1,++ *1,(

276,75 K )

--',' -++,+ -+,+ -+,& -&,& -', -.,( -1,- -(,' -(,.

&,&&(. &,&&(.& &,&&( &,&&(' &,&&( &,&&(' &,&&(' &,&&(' &,&&(' &,&&('

&,-(( &,-' &,+-1 &,+'' &,1+ &,-. &, &,.&,1 &,-'

*1,1*&,.' *&,+ *&,'+ *&, *&,1 *&, *&,( *&,+ *&,+

?ra:ica 1. Meterminaci>n de entalpia de vaporizaci>n!

LnP/P* vs 1/T f(x) = - 9374.96x + 25.78 R² = 0.96

) partir de la rafica :n 505P vs 10T se puede calcular la entalpia de vaporizaci>n por  medio de la pendiente!  y =mx + b  y =−(−5441,9 x )+ 14,837  y =5441,9 + 14,837

 y =

5441,9 x

 R

+ 14,837

 Δ H v = Rm −1

(

 Δ H v =( 5441,9 K 

)

 Δ H v =45243,95

  mol

8,314

  molK 

)

−1

m=5441,9 K  = Δ H v

e reemplaza los valores en la ecuaci>n 1, %uedando de la siuiente manera= ln

P − ΔH  1  + K  ¿=  R T   P

 y =

−(−5441,9 x )  R

5osteriormente se saca el porcenta#e error, donde el valor te>rico es de +1/0mol 1!

|valor torico − valor experimental|

error =

valor torico

+ 14,837

|41585 −45243,95|

error =

41585

× 100

× 100

error =8,79

Como se sabe, la entalpia de vaporizaci>n de un l<%uido es la enern es necesario tener en cuenta la temperatura de ebullici>n, ya %ue a esta temperatura la  presi>n de vapor se iuala a la presi>n externa! 3s decir, las mol?culas de aua  pasan de estado l<%uido a estado aseoso! :a temperatura final obtenida experimentalmente fue de .,LC, realizando una comparaci>n con la temperatura de ebullici>n mostrada en el diarama de fases del aua Arafica (D, se  puede decir %ue el valor experimental es muy cercano, pero no iual al punto de ebullici>n te>rico! Mebido a %ue el ob#etivo %ue se tenn, re%uer
?ra:ica 7. Curva temperatura frente a calor para el proceso de calentamiento de un l<%uido !

Cabe resalta %ue en el experimento, se debsito de determinar el volumen de la burbu#a de aire Avalor %ue sirvi> para determinar las moles de la  burbu#a de aire como la presi>n del l<%uidoD, debido a %ue en esta temperatura se distinue como el punto de solidificaci>n del aua! 3s decir, es el  punto en %ue la materia para de estado l<%uido a estado s>lido! 5ermitiendo %ue el experimento se mas exacto el volumen inicial debido a %ue no hay vapor de aua en la probeta! 5ero a medida %ue se aumente la temperatura del sistema la  burbu#a va a tener dos ases confinados, uno de va hacer aire y el otro va a ser  vapor de aua! 5ara la entalpia de vaporizaci>n del aua se obtuvo un porcenta#e de error del ,'.2 respecto al valor te>rico, se puede observar %ue este porcenta#e no es demasiado alto! e puede decir %ue el m?todo de la burbu#a del as ideal es adecuado para realizar cambios y en encontrar la entalpia de vaporizaci>n!

in embaro no se puede de#ar aHn lado las causas %ue introducen error, debido a %ue hay un porcenta#e de error %ue indica %ue si se presentaron errores! 3ntre las  posibles causas de error se puede decir,  por e#emplo, la presi>n te>rica con la se realizaron los cElculos matemEticos, no era la presi>n %ue habn %ue %uizE sea aproximadamente cercana o iual a la  presi>n del luar AlaboratorioD y por lo tanto se estE introduciendo al error! Rtra causa de error se puede encontrar  como tal en las aproximaciones y consideraciones con las %ue se traba#a,  por e#emplo, suponer %ue la burbu#a de vapor se comporta como un as ideal, lo cual no sea asn de vapor del aua l<%uida es cero cuando esta a ba#as temperaturas y por lo tanto cerca de su  punto de conelaci>n, lo cual no ocurre necesariamente! Tambi?n estE suponer  %ue las moles de la burbu#a de aire  permanecen constantes durante todo el experimento! Todos estos supuestos y aproximaciones, pueden estar  introduciendo al error ya %ue se pueden estar despreciando otros factores y variables %ue estEn presentes! Como ultima causa de error se puede nombrar el nHmero de datos %ue se obtuvieron, ya %ue al haber pocos datos, se presenta menor variabilidad y el resultado obtenido puede tener menos exactitud con respecto al valor te>rico! 5or lo cual es posible %ue si se hubieran

obtenido mEs datos, se hubieran podido obtener un resultado me#or y %uizE iual al valor te>rico! 5ero para este experimento donde se obtuvieron pocos datos y un valor para el cambio en la entalpia de vaporizaci>n muy exacto respecto al valor te>rico, es posible %ue si sea necesario tener un buen nHmero de datos!

%ON%L"*ONE e pudo evidenciar %ue la rEfica de loaritmo natural de la presi>n de vapor en funci>n del inverso de la temperatura ayuda a encontrar el valor de la Sv, ya %ue la pendiente %ue enera esta rafica es e%uivalente a la entalpia de vaporizaci>n sobre la constante de los ases! e loro observar %ue existe una relaci>n directamente proporcional entre la temperatura y la presi>n de vapor! @a %ue a una mayor   temperatura la presi>n de vapor  tambi?n es mayor, debido al aumento de la enern a partir del nHmero de moles del aire, teniendo en cuenta la presi>n externa y la presi>n total! @a %ue entre ellas existe una relaci>n Aecuaci>n +D! •

•

•

RE-EREN%*A 1. "I:RN, /erry M! y 8UFF), )nthony /! F
3v"(n3CYpX5T1.Yd%XestadosZdeZ laZmateriaZsolido, Zli%uidoZyZvaporYhlXesYsaXQYeiXNix nUr-o8I#O$)e1[II8)YvedX&CFw\ )3w8w]vXonepaeY%Xestados2(&de 2(&la2(&materia2(&solido2(C 2(&li%uido2(&y2(&vaporYfXfalse^

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7. 363GN, "!4 M37:3G, !4 9I:3, /! team, )ir, )nd 7as 5ower= enthalpy of vaporization! 3ditorial= G363GT_, !)! (&&'! 3n l
@. 3%uilibrio li%uido*vapor= presi>n de vapor y entalpia de vaporizaci>n del aua! 3n l
;. :36IN3, Ira N! Fisico%un de Clapeyron! ta  edici>n! 6olumen I! New @or$= 9c7raw ill, (&&(! (*(.p! <. 9)@3G, :udwi! 6erfahren Mer  Chemie Industrie in farbien fliessbildern! 3ditorial= G363GT_, !)! 1.'! 3n l
. 9U/IC), Cesar4 8RGC) Carlos! 7un de un l<%uido! 3N= Universidad Icesi! 5ractica '! A(&1&D4 1*p! 9odificado por J)98G)NR, 9artha :!, A(&1(D! •

5resi>n de vapor y entalpia de vaporizaci>n del aua! 3N= scribd! en l