Informe 9 Calor de Vaporizacion

DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION

INTRODUCCION

Cuando un líquido se encuentra a la temperatura de ebullición, para pasarlo a para romper las fuerzas atractivas intermoleculares, a este calor necesario para evaporar cierta cantidad de sustancia se le conoce con el nombre de calor de vaporización. El calor de vaporización se conoce como calor latente de vaporización puesto que al aplicarlo, no hay cambio en la temperatura del sistema. Cuando a una cierta cantidad de agua (u otro líquido) se le suministra calor, éste se invierte inicialmente en aumentar la temperatura del agua. Dicho aumento de temperatura viene determinado por el calor suministrado, la masa de agua, y la constante llamada calor específico. Pero si la temperatura alcanza el punto de ebullición del agua (T = 100ºC, dependiendo de la presión, y por tanto de la altitud, local), el agua hierve (entra en ebullición) y se va transformando en vapor con mayor o menor rapidez según la velocidad a la que se le esté suministrando el calor. Mientras que dura la transformación de líquido a vapor (cambio de fase), su temperatura permanece constante en Te, y la energía que se le suministra se invierte en transformar el líquido en vapor. Por tanto, el paso de la fase líquida a la fase vapor requiere de un aporte de energía. Este informe tiene como finalidad explicar un poco la obtención del calor de vaporización experimentalmente y los métodos empleados para tal fin.

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I

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INDICE

I.

Introduccion ………………………………………………………Pag. 1

II.

Indice ………………………………………………………………..Pag. 2

III.

Objetivos …………………………………………………………..Pag. 3

IV.

Fundamento teórico ……………………………………….…… Pag. 4

V.

Fundamento experimental ………………………………..……Pag. 7

VI.

Bibliografía …………………………………………………………Pag. 11


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OBJETIVOS

 Calcular el calor de vaporización de un líquido que cumple la ecuación de Clausius-Clapeyron. 

Determinar la presión de vapor del agua a diferentes temperaturas.



Comprobar que un líquido problema cumple la ecuación de Clausius Clapeyron a partir de un gráfico de LnP vs. 1/T.


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FUNDAMENTO TEORICO Presión de vapor, puntos de ebullición: Se define como presión de vapor de un líquido en equilibrio con su vapor, o simplemente, presión de vapor a una temperatura determinada, a la presión que ejercen las moléculas que escapan de la fase líquida (en equilibrio con las que retornan de la fase vapor). Dicha presión de vapor aumenta al elevarse la temperatura, llegándose a un límite que es la presión crítica, en el que la fase líquida desaparece. Cuando la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa que ejerce el gas en contacto con el líquido, se observa la formación de burbujas en el seno del líquido y se dice que éste entra en ebullición. Así pues, el punto de ebullición de un líquido se define como la temperatura a la cuál su presión de vapor es igual a la presión externa. Si se produce una disminución de la presión externa, el punto de ebullición disminuye, mientras que un aumento de la presión externa provocará un aumento del punto de ebullición. Las moléculas de un líquido se mueven debido a la temperatura a la que se encuentran, escapando algunas moléculas que poseen una velocidad superior a la media a través de la superficie libre y pasando a la fase gaseosa. Asimismo, las moléculas de vapor al chocar con la superficie libre se incorporan a la fase líquida. En las condiciones adecuadas se llegará a un equilibrio entre ambos movimientos. Se puede demostrar experimentalmente que la presión de vapor es independiente de la masa del líquido y del espacio ocupado por el vapor, y que sólo depende de la naturaleza del líquido y de la temperatura a la que está sometido el líquido. Calor latente de vaporización: Para pasar de la fase líquida a la fase de vapor se necesita una absorción de energía por parte de las moléculas líquidas, ya que la energía total de estas es menor que la de las moléculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensación, se produce un desprendimiento energético en forma de calor. El calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporización. Se suele denominar calor latente de vaporización cuando nos referimos a un mol. El calor molar de vaporización se podría referir a un proceso termodinámico a volumen constante o a presión constante, y los designaremos por y . En el primer proceso, el intercambio calórico que entra en juego se invierte en vencer la fuerza de atracción del líquido y se suele denominar calor latente interno de vaporización molar.


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DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION En el proceso a presión constante, que se realiza en la práctica frente a una presión exterior, prácticamente, invariable hay que agregar a la energía interna la necesaria para verificar el cambio de volumen, y viene dado por ( ) siendo la presión del vapor y y , los volúmenes molares del vapor y del líquido, respectivamente. Así pues, el calor molar de vaporización a presión constante vendrá dado por: ( Como como nos queda:

)

podemos considerar y , pero Y considerando que se cumple la ley de los gases perfectos,

Hasta ahora hemos considerado una única presión sobre el líquido, la del vapor, pero si el líquido está sometido a una presión externa adicional la presión de vapor variará. Ecuación de clausius - clapeyron Esta ecuación establece la relación entre la variación de la presión y la temperatura:

Como

Tanto

, tenemos:

,

como

están referidas a un mol.

Si la temperatura no está próxima al valor crítico el volumen puede despreciar frente a . Por tanto:

y se

Donde: : Presión (Pa) : Calor de vaporización : Volumen molar de fases vapor y liquida en equilibrio. LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I

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DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION Si nos movemos lejos del punto crítico se puede muy bien introducir la ecuación de los gases perfectos , quedando:

Pero sabemos que:

Si igualamos las ecuaciones

y

Integrando esta ecuación entre

:

, [

y

.

, obtenemos:

]

Regla de Trouton Esta regla dice que el cociente entre el calor de vaporización y su temperatura absoluta de ebullición a la presión atmosférica (760 mmHg) es constante y vale 21 cal/K. Para 1 mol:

Existen dos tipos de sustancias que se desvían del valor de entropía (21 cal/K): 1) S > 21 cal/grado, para líquidos asociados por enlaces de hidrógeno, agua, alcohol ... En este caso la asociación de las moléculas en fase líquida es mucho mayor que en fase gaseosa. 2) S< 21 cal/grado, en ácidos donde la asociación molecular existe en fase gaseosa. En los hidrocarburos, éteres y otros componentes donde no hay asociaciones moleculares ni en la fase líquida ni en la fase gaseosa, se cumple bastante bien la regla de Trouton.


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FUNDAMENTO EXPERIMENTAL A.- EQUIPOS Y MATERIALES Pisceta y agua

Medidor de presión

Bomba de vacio

Medidor de temperatura digital

Termómetro

matraz esférico

Equipo armado para la experimentación


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DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION B.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 

 

 



Armamos el equipo en donde se realizara la experimentación; el equipo consiste en una bomba de vacio, frasco de tres entradas, medidor de presión, medidor de temperatura, entre otros. Se revisa el equipo, tratando de que no halla entrada para el aire ya que la experimentación se realizara en vacio. Agregamos 50 ml de agua en el frasco de tres entradas, en donde en una va el sensor de presión, el otro el sensor de temperatura, y el otro conectado para sacar el aire del frasco. Una vez preparado todo empezamos a tomar mediciones de la presión de vapor de agua a medida que le aumentamos de temperatura. Para calentar subir la temperatura vamos calentando agua con el mechero y cada cierto tiempo agregamos el agua caliente, tratando que suba 5 °C y tomar datos de la presión de vapor del agua. Terminamos de tomar los datos y luego con estos se realizaran los cálculos respectivos y el análisis para la obtención del calor de vaporización.

C.- REGISTRO DE MEDICIONES Los datos medidos los hemos reunidos en una tabla. TABLA 1 T(OC) 21.2 P(hPa) 218

25 327

30 411

35 474

40 532

45 589

50 643

55 703

Observación:  La presión atmosférica es: 1013 hPa. D.- CALCULOS Con los datos medidos en la tabla 1, formamos otra tabla de tal forma que podamos hacer uso de la ecuación ; asi tenemos: TABLA 2 1/T(10-3K-1) Ln(P) La ecuación

3.399 5.39

3.36 5.79

3.3 6.026

3.25 6.16

3.2 6.28

3.14 6.38

3.1 6.466

3.05 6.555

esta dada por:


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DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION En donde observamos que si graficamos la pendiente será:

Entonces de la grafica en Data Studio obtenemos:

Luego si:

Entonces:

Reemplazando nuestros datos: (

)

Finalmente:

E.- GRAFICAS La grafica de la tabla 2, es la siguiente:


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La grafica nos muestra la relación entre

vs

y era la esperada lo cual nos

muestra el comportamiento del vapor de agua según la ecuación de clausius – Clapeyron. F.- ANALISIS DE RESULTADOS Para comenzar debemos citar la importancia que el sistema, en este caso el bulbo de tres entradas con el volumen de agua analizado debe estar aislado de la interferencia del aire, ya que se debe realizar en el vacio. Asimismo justificamos la obtención no tan exacta del cálculo experimental al cálculo teórico; pensando que el equipo armado para esta practica no es el indicado ya que sus márgenes de error pueden producir errores importantes y por ende no llegaríamos a los resultados requeridos. Por lo tanto tendríamos que utilizar instrumentos mucho más precisos y evitar así los porcentajes de error elevados.

CONCLUSIONES 

Se pudo observar que a medida que la temperatura disminuye, la presión de vapor de un líquido también disminuye, es decir, existe una relación


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DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION directa entre el cambio de la temperatura y el cambio en la presión de vapor del agua. 

Si los datos obtenidos al representarlos en una gráfica de 1/T vs. Ln P quedan bien representados por una línea recta de pendiente negativa, se dice que cumplen la ecuación de Clausius-Clapeyron.



A partir de la ecuación de Clausius-Clapeyron se puede calcular el calor de vaporización de un líquido mediante la ecuación:



En el desarrollo de la práctica en el laboratorio es importante aislar nuestro sistema de la interferencia del aire ya que la experimentación se debe realizar en el vacio.

BIBLIOGRAFÍA  Chang R. “Fisicoquímica”; tercera edición. 

Atkins P.W. “Fisicoquímica” Addison - Wesley Iberoamericana. México, 1991.



CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoquímica, segunda edición. México: Fondo Educativo Interamericano S.A., 1974.

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