INTRODUCCION
En todos los los procesos procesos físicos físicos y químicos ya estudiados el de mayor impo import rtanc ancia ia es la term termod odin inám ámic ica a de gases gases dond donde e se real realiz izan an dos dos procesos esenciales, el proceso isotérmico isotérmico y el proceso isocorico En la siguiente práctica se realizara un estudio detallado de los procesos isotérmicos e isocoricos para gases ideales desde un punto de vista termodinámico Para lograr resultados claros y precisos de los procesos ya mencionados se requ requie iere re que que las las me medi dici cion ones es se sean an hech hechas as co con n el ma mayo yorr cuid cuidado ado posible (al 0.1 ml) referencia referencia mínima de trabajo. La muestra gaseosa que será sometida a estudio la trataremos como si presenta un comportamiento de gas ideal lo cual debe ser un sistema cerrado y por lo tanto su energía y masa son constantes. De ac acue uerd rdo o a es esto toss dato datoss se trab trabaj ajar ara a en la prac practi tica ca para para lueg luego o compro comprobar barlo lo analít analítica icame mente nte me media diante nte operac operacion iones es con formul formulas as y principios termodinámicos. Atentamente los alumnos
FUNDAMENTO TEORICO.
El fundamento del presente trabajo se centra en teorías y conceptos necesarios para una mejor comprensión, los cuales detallaremos a continuación:
TERMODINAMICA
La termodinámica es la parte de la física que estudia los mecanismos de transformación o transferencia de energía de un cuerpo a otro dentro de un sistema. Se llama sistema termodinámico a toda porción o cantidad de materia definida o limitada por barreras, ya sean estas reales o imaginarias. Las barreras de un sistema pueden clasificarse de la siguiente manera: - Aislante, que no permite el paso de la materia de energía. - Fijas o rígidas, que impiden los cambios de volumen.
- Adiabáticas, que no permiten la transferencia de energía en forma de calor ni de materia. - Impermeables, a través de las cuales no se produce intercambio de materia. - Permeables que facultan el intercambio de materia y energía en forma de calor. PRESION DE VAPOR SATURADO.
Es la máxima presión que ejerce el vapor de un liquido producido a una determinada temperatura; estableciéndose un equilibrio dinámico entre la evaporación y la condensación. Estos valores de la presión se encuentran tabulados para los diferentes líquidos y distintas temperaturas. La presión del vapor solamente depende de la temperatura y la naturaleza del liquido.
GAS INSATURADO
GAS SATURADO
CALOR:
Pv < Pmax (admite mas vapor)
Pv = Pmax (no admite mas
Es una forma de energía presente en todos los cuerpos que nos rodean. El calor contenido en un cuerpo depende cuantitativamente de su nivel
térmico (temperatura) de su cantidad de materia (masa) y de su capacidad para almacenar energía en forma térmica. La cantidad de materia
(masa) de
un
cuerpo
puede
exclusivamente mecánicos. La capacidad
expresarse por para almacenar
medios calor
corresponde a la naturaleza del cuerpo y puede precisarse de modo totalmente general de modo que para el estudio de la energía térmica contenida en un cuerpo dado adquiere especial importancia la medición del nivel térmico de dicho cuerpo. PUNTO DE EBULLICION.
La ebullición de un líquido se presenta cuando la presión de vapor iguala a la presión externa. El punto de ebullición normal es la temperatura a la cual la presión de vapor es igual a un átomo. La energía requerida por cada mol de sustancia que cambia de fase liquida a vapor se denomina calor molar de vaporización de un liquido. Existe un fenómeno por el cual un sólido pasa a vapor directamente conocido como sublimación, de igual forma existe un calor molar de sublimación.
Los procesos inversos: solidificación, licuación o condensación y sublimación inversa, tienen sus calores molares respectivos de la misma magnitud que sus procesos inversos pero diferente signo. TEMPERATURA:
Índice de nivel térmico en el cual se encuentra una determinada cantidad de calor. La temperatura en el sistema práctico, se mide en grados centígrados o Celsius. VAPORIZACIÓN.
La vaporización es el paso de un cuerpo del estado liquido al gaseoso. Este fenómeno se ouede producir de cuatro formas diferentes: 1. Vaporización en el vació. 2. Vaporización en una atmósfera gaseosa 3. Evaporación 4. Ebullición. NOTA: definiremos vaporización en una atmosfera gaseosa ya que es
acorde con la practica. VAPORIZACIÓN EN UNA ATMOSFERA GASEOSA.
Se produce en líquidos inmersos en un ambiente cerrado, pero que contiene otro gas. A diferencia de la vaporización en el vació, cuando se trata de una atmósfera el proceso no es instantáneo, y será mas lento cuando mayor sea la presión del gas contenido en el ambiente. La mezcla del gas del ambiente mas la mezcla del vapor saturado posee una presión global equivalente a la presión del gas mas la presión máxima del vapor.
DETALLES EXPERIMENTALES. MATERIALES:
Matraz de un litro de capacidad con tapón trihoradado Termómetro Tubo de vidrio en T.
Tubo en forma de u con mercurio( se utiliza también como manómetro) Pinzas de Mohr Mero de bunsen Agua destilada - Varilla de vidrio - Pipeta de 5ml REACTIVOS:
- Mercurio PARTE EXPERIMENTAL PROCEDIMIENTO:
Instalar el equipo de trabajo con los materiales ya mencionados. Llene el matraz con agua destilada hasta un tercio de su volumen total, mantener las llaves # 1,2 y 3 abiertas. La presión dentro de un matraz será igual a la atmósfera, por lo tanto el nivel de mercurio en las dos ramas de tubo en u serán iguales.. Cierre las llaves # 2 y 3 y mantener abierta la llave # 1.. Calentar el agua del matraz con un mechero hasta ebullición. Retirar
inmediatamente
sobrecalentamiento.
el
mechero
para
evitar
Cerrar la llave # 1 y abra la llave # 3 el nivel del mercurio en ambas ramas deben ser iguales, de lo contrario espere que establezca el nivel. Anote las temperaturas y presiones manométricas, empezando de 89 grados ºC en forma descendente, en intervalos de dos grados centígrados. Debido al enfriamiento en el matraz el vapor empieza a condensar y crea un ligero vacío dentro de el por lo tanto, la columna empieza a subir en la rama derecha y en la misma proporción baja el de la izquierda. Terminando el experimento cierra la llave # 3 y abra la llave # 2 para evitar que el mercurio ingrese al matraz. CUADRO DE DATOS
T(C°) P(mmHg)
55 223
57 222
59 207
61 202
63 200
65 198
67 197
71 73 69 195 194 192
75 190
77 79 81 83 85 179 168 125 114 78
87 49
89 0
75 190
77 79 81 83 85 179 168 125 114 78
87 49
89 0
CALCULOS Y RESULTADOS.
PREGUNTA1
Datos: T(C°) P(mmHg)
55 223
57 222
59 207
61 202
63 200
65 198
67 197
Ahora graficaremos log (p) vs. 1/T
71 73 69 195 194 192
GRAFICA LOGP Vs 1/T
2.5 y =0.95Ln(x) +6.2518 2.4 2.3 2.2 2.1 2 1.9 1.8 1.7 1.6 0.01
0.011
0.012
0.013
0.014
0.015
0.016
0.017
0.018
0.019
Logp
Logp
Logarítmica (Logp)
PREGUNTA 2:
Calculando el calor de vaporización de la muestra liquida. Ecuación de Clausius - Clapeyron.
Log P2 P1
=
λvap
2.303R
Ahora despejando
λvap
λVap
=
=
T2 – T1 T2 x T1 λvap
tenemos.
Log P2 P1 T2 - T1 T2 x T1
( -2.303R)
Log (49 mm-Hg) (223 mm-Hg) 87 - 55
( -2.303 x 1.9872 cal/mol- K)
87 x 55 λvap
=
Log( 0.219730941704 )
( - 4.5765216
cal/mol- K) ( 0,0066875653082 +273.15) K λvap
=
( -0.65810878302 ) ( - 4.5765216 cal/mol- K ) 273.156688 K
λvap
=
0.0110260857513 cal/mol
PREGUNTA 3:
Calculo de la constante C’ Analíticamente: Conociendo el grafico Log p Vs 1/T , tomamos los puntos extremos de la recta formada y utilizamos la ecuación de la recta: Y – y1 = y2 - y1 ( x - x1) X2 - x1 Donde P1 = ( 0.0114942528736 , 1.69019608003) = ( 1/87 , log(49) ) P2 = ( 0.0181818181818 , 2.34830486305) = ( 1/55 , log(223) ) Reemplazando datos: Y - 1.69019608003 = 2.34830486305 1.69019608003 ( x - 0.0114942528736 ) 0.0181818181818 0.0114942528736
Y - 1.69019608003 = 0.65810878302 ( x 0.0114942528736 ) 0.0066875653082 Y - 1.69019608003 = 98.4078289618 x - 1.13112447083 Y =
467.7628176 x + 0.5590716092
Cuando x tiende a cero Y =
+ 0.5590716092
Por lo tanto como y representa a log P y como x representa a 1/T tenemos: Log P = C’ = y = 0.5590716092 C’ = 0.5590716092
Log (194mmHg) = 0.011 cal/mol + ‘C °K (2.303)(1.987 cal/ mol °K )
X
1
+ 273.15
71 °C
‘C = -270.86 mmHg
DISCUCION DE RESULTADOS
Para él calculo de la cantidad de calor absorbido en la vaporización se utilizo el mercurio como un reactivo
arbitrario para determinar la presión de vapor, esto a una determinada temperatura. En la teoría se dice que cada liquido (en nuestro caso el mercurio), tiene su presión de vapor característica a una temperatura dada, en la practica pudimos comprobarlo, ya que cuando tuvimos una temperatura fija (iniciando con 89 C ), su tuvo una lectura de la presión
en el papel
milimetrado, esta presión característica a la temperatura mencionada. En la practica solo consideramos sistemas de un solo componente, ya que el liquido el vapor tienen la misma composición y existe una presión para una temperatura fija.
CONCLUSIÓNES Y RECOMENDACIONES CONCLUSION.
En la determinación de la presión de vapor de los líquidos a temperaturas mayores que la ambiental, se tiene que a mayor temperatura tendremos una menor presión, esto significa
que la presión
de vapor es inversamente
proporcional a la temperatura.
La temperatura ambiental no difiere de una temperatura incrementada con calor, mientras halla un tubo de escape
del vapor de agua, todo esto con respecto a que el nivel de mercurio este en equilibrio -Podemos deducir que el oxigeno presente en el sistema influye a mantener el equilibrio del nivel del mercurio. RECOMENDACIÓN.
Se debe incentivar a la búsqueda de elementos necesarios (reactivos) para los laboratorios, basándose en el apoyo de los alumnos. Para una mejor compresión de las prácticas de laboratorio se debe trabajar con los materiales necesarios. -
Se debe procurar de que todas las mesas dispongan de los
materiales y reactivos requeridos para cada practica.
BIBLIOGRAFÍA:
- Enciclopedia Autodidáctica Lexus (Química), tomo VII
Editores Lexus
Colombia – 1997 - Enciclopedia de la Ciencia y de La Técnica, tomo 8 Editorial Océano Barcelona- 1995 - Enciclopedia Mentor, tomo 1 y 2 Ediciones Castell España - 1993
- Marron y Pruton, Fundamentos de Fisicoquímica, decimoquinta reimpresión 1984 México – 1984
Ediciones
Limusa
