LABO 11_ CALOR de Vaporizacion

[DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION VAPORIZACION POR MEDIDAS DE PRESION DE VAPOR ]

I.

INTRODUCCION En el presente informe se pretende guiar al alumno en la determinación de la entalpia de vaporización de líquidos puros a diferentes temperaturas modificando la presión del sistema siguiendo el método establecido en el cual se mide la presión presión una vez se tenga tenga una temperatu temperatura ra constant constante e según según el intervalo intervalo de tiempo establecido a criterio. La entalpia de vaporización la podremos hallar mediante la pendiente de la gráfica LnP vs !" en la cual nuestra presión utilizada será la presión de vapor del líquido puro. "anto la presió presión n de vapo vaporr como como la presió presión n de vapor vapor satur saturad ado o ental entalpia pia de vapori vaporiza zació ción n son conce concepto ptos s que que tenem tenemos os que que tene tenerr en cuenta cuenta para para pode poder r comprender el fenómeno que se da en la e#periencia a realizar en la cual ha$ dos fases en equilibrio. Es aquí donde podremos conocer $ utilizar un concepto que nos a$udara en la dete determ rmin inac ació ión n de la enta entalp lpia ia de vapo vapori riza zaci ción ón%% la ecua ecuaci ción ón de &lau &lausi sius us'' &lape$ron.

Laboratorio de Físico Química I |

1

[DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION POR MEDIDAS DE PRESION DE VAPOR ]

II.

OBJETIVOS (eterminación de la entalpia de vaporización de líquidos puros a distintas temperaturas modificando la presión del sistema mediante el uso de la gráfica LnP vs !" $ compararla mediante tablas. )plicar la ecuación de &lausius'&lape$ron en la determinación de la entalpia de vaporización de líquidos puros teniendo en cuenta los conceptos previos.

III.

FUNFAMENTO TEORICO Temperatura de ebullició Es el instante en el cual se produce el cambio de estado de una materia que pasa de líquido a gaseoso% se refiere a la temperatura que provoca que la presión de vapor de un líquido iguale a la presión de vapor del medio en cuestión.

Temperatura Cr!tica "emperatura sobre la cual un gas no puede ser licuado solo con presión. ) esta temperatura% no ha$ distinción entre líquido $ vapor% teniendo ambos la misma densidad $ constitu$endo un sistema homogéneo.

"re#ió de $ap%r *esulta cuando la energía de atracción entre las moléculas e#cede al valor de su propia energía cinética de traslación. &uándo un líquido se evapora en un espacio de dimensiones limitadas% pronto las moléculas del vapor se encuentran en todos los sitios del espacio libre% mientras la evaporación prosiga% aumentara el número de moléculas en estado gaseoso% lo cual originara un aumento en la presión e+ercida por el vapor. Entonces concluimos que% cuando un líquido se evapora en un espacio limitado intervienen dos procesos opuestos% el proceso de evaporación $ el proceso de condensación. La velocidad de condensación va en aumento según proceda la velocidad de evaporación $ aumenta consiguientemente la presión de vapor.


2


"re#ió de $ap%r #aturad% El vapor que se encuentra en equilibrio con su líquido se llama vapor saturado. La presión del vapor saturado de un líquido tiene para cada temperatura un valor fi+o% independientemente del volumen que se le ofrece al vapor. La presión del vapor saturado depende esencialmente de la temperatura.

Etalpia de Vap%ri&ació Para pasar de la fase liquida a la fase de vapor se necesita una absorción de energía por parte de las moléculas liquidas% $a que la energía total de estas últimas 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. ,e suele

denominar calor latente de

vaporización cuando nos referíamos a un mol.

Ba#e Teórica La temperatura más alta hasta la cual se puede medir la presión de vapor de un líquido es la temperatura crítica% desde que el líquido no puede e#istir más arriba de esta temperatura .El límite más ba+o es el punto de congelación del líquido. &lape$ron en -/ fue quien obtuvo primero la ecuación termodinámica que relaciona la presión de vapor de una sustancia con la variación de la temperatura. "eniendo un sistema que este en equilibrio entre dos fases

α y β % de una

sustancia pura es

μα ( T , p )= μ β ( T , p ) … … … . ( 1 )

,i conociésemos las formas analíticas de las funciones al

menos

en

principio

resolver

la

μα , μ β

% sería posible%

ecuación


01

3

para


T =f ( p ) o bien p = g (T ) … … … ( 2 )

,i las funciones

μα , μ β

no se conocen en detalle% es posible% no obstante%

obtener un valor para la derivada de la temperatura respecto a la presión.

α yβ

&onsidérese el equilibrio entre las fases

con una presión p% la

temperatura de equilibrio es " . Entonces% a " $ p% tenemos

μα ( T , p )= μ β ( T , p )

,i la presión se cambia hasta un valor de será

T + dT

$ el valor de cada

p + dp % la temperatura de equilibrio

μ cambiará a

μ + dμ . Por lo tanto% a

T + dT , p +dp la condición de equilibrio es μα ( T , p )+ d μα = μ β ( T , p ) + d μ β … … … . ( 3 )

*estando la ecuación 01 de la ecuación 01 obtenemos

d μ α =d μ β … … … . ( 4 )

E#presamos

dμ

e#plícitamente en términos de

dp y dT % aplicando la

ecuación fundamental

d μ α =−S´ dT + ´ V dpd μ β =−S´ dT + ´ V dp …… ….( 5)

Empleando las ecuación 021 en la ecuación 0/1 obtenemos

−S ´α dT +V ´α dp=− ´S β dT + V ´ β dp


4


*elacionando% resulta

( ´S − S´ ) dT =( ´V − ´V ) d p … … ….. ( 6 ) β

α

β

α

α→β

,i la trasformación se e#presa

% entonces

∆ S =S´ β − ´Sα % $

´ β −V ´ α ∆ V = V % $ la ecuación 031 se trasforma en dT ∆ V dp ∆ S = obien = dp ∆ S dT ∆V

&ualquiera de las dos ecuaciones se denomina ecuación de &lape$ron. la ecuación de &lape$ron es fundamental para cualquier análisis del equilibrio entre dos fases de una sustancia pura. 4 e#presa la dependencia cuantitativa de la temperatura de equilibrio con la presión% o la variación de la presión de equilibrio

con

la

temperatura .

,u

aplicación

en

la

trasformación

de

liquido→gas da como resultado. ∆ S =S´ gas − ´Sliquido =

∆ H vap T

es + paratodas las sustancias

´ gas −V ´ liquido + para todas las sustancias ∆ V = V

y enco nsecuencia

dp ∆ S = es + paratodas las sustancias dT ∆ V

5ntegración de la ecuación de &lape$ron en el equilibrio de fase condensada'gas Para el equilibrio de una fase condensada% $a sea solida o liquida% con vapor % tenemos


5


dp ∆ S ∆ H = = dT ∆ V T ( ´ V g− ´ V c )

(onde 67 es el calor molar de vaporización del líquido o el calor molar de sublimación del sólido $

´c V es el volumen molar del solido o del líquido. En la ´ g −V ´ c  V ´ g V $ esto% suponiendo que el gas% es ideal a

ma$oría de los casos%

*"!p. )si % la ecuación se transforma en

dlnp ∆ H = dT ! T 2

8ue es la ecuación de &lausius'&lape$ron % que relaciona la % presión de vapor del líquido 0solido1 con el calor de vaporización 0sublimación 1 $ la temperatura. 5ntegrando entre límites% suponiendo además que 67 es independiente de la temperatura% tenemos p

T

∆ H

∫ d lnp=∫ ! T dT 2

p o

ln

T o

(

)

p −∆ H 1 −∆ H ∆ H 1 = − = + p o ! T T o !T ! T o

(onde

po

es la presión de vapor a

T o

$

p es la presión de vapor a

T

,i

po=1 at"

% entonces

T o

es la temperatura normal de ebullición del

líquido% por lo tanto


6


lnp=

−∆ H ∆ H + !T

! T o

lnpo log p en función de

,i se grafica

−∆ H pendiente

!

1 / T % se obtiene una recta con

−∆ H o

2,303 ! .


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IV.

METODO'O(IA METODO (ebemos cerrar la llave que conecta directamente el interior del sistema con el e#terior 0ambiente1 para aislarlo completamente de este $ evitar una fuga al abrir la llave que conecta la bomba de vacío con el interior del sistema. Procederemos a encender la bomba de vacío hasta poder tener un vacío má#imo en el sistema% luego de eso podemos cerrar la llave que conecta la bomba al sistema para que no ingresen otros gases $ apagamos la bomba. Prepararemos un ba9o de hielo hasta poder alcanzar una temperatura de 2:& $ vamos agitando el ba9o con una bagueta para que el calentamiento no sea brusco. (ebemos hacer la lectura del termómetro una vez observemos que se mantiene estable 0durante el cambio de fase la vaporización en este caso1% también tomaremos lectura de la presión registrada en el barómetro. Luego empezamos a aumentar ligeramente la temperatura del ba9o de hielo $ tomaremos nota de la nueva temperatura $ la presión registrada durante el cambio según el intervalo de tiempo deseado.

RE)UERIMIENTOS MATERIA'ES &ronometro "ermómetro eléctrico ;omba de vacío &ocina eléctrica


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a  litros con pared gruesa $ de boca ancha

REACTIVOS )gua

E)UI"OS


9


RECO'ECCION DE DATOS (atos e#perimentales

 Primera temperatura de 2:&?

T*+C,

/%@

2

2%

2%

5,1

"*mm-

--

@A

@

A

104

,  Primera temperatura de A:&?

T*+C,

A%3

A%3

A%3

A%3

"*mm-

-/

@A

@/

@2

96

10,6

,  Primera temperatura de B:&?

T*+C,

B

B%

B%>

B%

B%/

"*mm-

>-

>@

>/A

>/>

>/2

,  Primera temperatura de >:&?

T*+C,

/0

/0

/0

/0

/012

"*mm-

234

205

202

20/

203

, Laboratorio de Físico Química I |

10


 Primera temperatura de //:&?

T*+C,

44,9

/2%

/2%>

/2%

/2%2

88

@A

@A

@

@>

"*mm- ,

 Primera temperatura de 2A:&?

T*+C,

/B%-

/B%-

/B%@

/B%@

/B%@

"*mm-

@3

@B

@B

@-

@@

, T*6,

"*mm-,

"7"atm8"bar '"*"a,

29T*6,

/:;./< /;31:<

A/

33/2>%-CPa

-%A>

A%AA2@

@3

3B>3%>CPa

-%A>/

A%AA2>

32;15<

--

3-AB%3CPa

-%A3

A%AA/

7acemos la gráfica LnP vs !"?

lnP(Pa) 18.04 18.04 18.03 18.03

l!"!a#

18.02 18.02 18.01 18.01 18 0

0

0

0

0

0

0


11


y=−46,049 $ + 18,181

#a ecuacion de la rectaes

V.

RESU'TADOS CA'CU'O la pendiente esigual a =

−46,049=

!

−∆ H vap 8,314

∆ H vap =

−∆ H vap

% "ol.&

46,049 $ 8,314 % % =382.85 "ol.& "ol.&

∆ H vap =21,269

& % &g . &

DISCUSI=N DE' RESU'TADO (atos teóricos ? La entalpia de vaporización a >A:& ∆ H vap =40,626

& % "ol.&

(atos e#perimentales? La entalpia de vaporización e#perimental & % ∆ H vap =21,269 &g . &

El porcenta+e de error es de? '(rror =

40,626 −21.269 $ 100 =47,64 40,626


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VI.

CONC'USIONES ,e determinó la entalpia de vaporización de líquidos puros 0agua1 por medio de la modificación de la presión del sistema a diferentes temperaturas teniendo en cuenta intervalos de tiempo de 0Aseg1 con a$uda de la pendiente de la gráfica %con la cual obtuvimos una con un porcenta+e de error D

47,64

∆ H v = 21,269

& % &g . &

.

tilizamos la ecuación de &lausius'&lape$ron para la determinación de la entalpia de vaporización de líquidos puros 0agua1 con nuestros datos hallados de forma e#perimental teniendo en cuenta los conceptos previos.

VII.

RECOMENDACIONES  En nuestra e#periencia se halló una peque9a fuga en la manguera la cual puede haber causado un error en la determinación de la entalpia de vaporización.

VIII.

BIB'IO(RAFIA 

&astellán% Filbert G. =isicoquímicaH ,egunda Edición.





,mith% Ian Jess% )bbottH 5ntroducción a la termodinámica en 5ngeniería 8uímicaH 8uinta Edición.


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