Práctica 4 (Determinación Del Calor Latente de Vaporización de La Acetona) (1)

Práctica No.4 eterminación del calor latente de !aporización de la acetona

Fecha de realización: lunes 01 de septiembre Fecha de entrega: miércoles 17 de

Determinación del calor latente de vaporización de la acetona

Introducción

"uando una sustancia pura se !aporiza a partir de un estado l#$uido a presión constante% no ha& ning'n cambio en la temperatura% de cual$uier modo% el proceso re$uiere la trans(erencia de una cantidad )nita de calor a la sustancia. * este e(ecto se lo conoce como calor latente de !aporización. +a principal caracter#stica de este proceso es la coe,istencia de dos (ases. -ste calor latente es (unción solo de la temperatura debido a la regla de (ases% esto es% $ue como es un sistema de dos (ases $ue está (ormado por un solo componente su estado intensi!o se determina por la especi)cación de una sola propiedad intensi!a% en este caso la temperatura 1/. -ste calor de !aporización es la energ#a necesaria para con!ertir un gramo de sustancia en estado l#$uido al estado gaseoso en su punto de ebullición. -sta energ#a rompe las (uerzas intermoleculares & también debe pro!eer la energ#a necesaria para e,pandir el gas. urante el proceso de !aporización ocurre un cambio de !olumen% un mol de l#$uido ocupa menos !olumen $ue un mol de !apor a la misma presión & temperatura /. na (orma de determinar el calor latente de !aporización es utilizando la ecuación de "lausius2"lape&ron $ue dice sat 

dP ∆ H vap =T ∆ V vap dT 

3aciendo una representación grá)ca de ln P sat en (unción de la in!ersa de la temperatura % & aplicando el procedimiento de los m#nimos cuadrados% la pendiente de la cur!a proporciona el !alor del calor latente de !aporización en un inter!alo dado de temperaturas. -ste procedimiento se e,plicará más adelante. -n esta práctica se determinará el calor latente de !aporización de la acetona el cual es igual a 0500 6mol 5/. odos los calores latentes son parámetros caracter#sticos de cada sustancia% & su !alor depende de la presión a la $ue se produzca el cambio de (ase para la misma. +a trans(erencia de calor es una de las operaciones más comunes en la industria $u#mica% entonces% conocer el calor latente de !aporización es importante por$ue es re$uerido en !arios procesos industriales para saber $ué cantidad de calor es necesario para $ue

ocurra un cambio de (ase. 8 bien para encontrar la temperatura o presión de saturación dadas las otras !ariables de e$uilibrio.

Objetivo general

eterminar el !alor del calor latente de !aporización de la acetona a partir de la ecuación de "lausius2"lape&ron. Objetivos específcos

9anipular la !ál!ula de !ac#o para estabilizar a di(erentes presiones. eportar temperaturas de ebullición a di(erentes presiones.

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Desarrollo matemático

 "álculo de presión manométrica  Pman= ρ Hg∗g∗h

ónde: ensidad del mercurio cu&o !alor es igual a 1;0
 ρ Hg

=ra!edad igual a >.?1 ms 5

g

*ltura reportada en el manómetro en m

h

-l !alor de la presión manométrica se considera negati!o dado $ue es una presión de !ac#o.

 "álculo de presión absoluta |¿|= P

atm

+ Pman

 P¿

-n este caso% la presión atmos(érica @ Patm A en "ela&a de ese d#a (ue igual a >?B> Pa.

 "álculo de calor latente de !aporización

+a ecuación de "lausius2"lape&ron se enuncia como sigue sat 

dP ∆ H vap =T ∆ V vap dT 

ónde: "alor latente de !aporización

∆ H vap

 emperatura absoluta

T 

i(erencia entre los !ol'menes molares de !apor saturado & de l#$uido saturado Presión de saturación

∆ V vap  P

sat 

Ce tiene $ue ∆ V vap =V g −V l =V g

-sto es por$ue el !olumen del gas es mucho ma&or $ue el del l#$uido. e le& de gases ideales  RT  V g = sat   P

Por lo tanto  RT  ∆ V vap = sat   P

egresando a la ecuación de "lausius2"lape&ron & sustitu&endo ∆ V vap

 se tiene sat 

 RT  dP ∆ H vap =T ( sat  ) dT   P sat 

R dP ∆ H vap =T  sat  dT   P 2

*plicando separación de !ariables

∆ H vap dT  dPsat  =  R T 2  Psat 

Dntegrando la ecuación de(erencial se obtiene lo siguiente ∆ H vap  R ∆ H vap  R

∫

dT  2

T 

=∫

[  ]= −1 T 

dP  P

ln P

sat 

sat 

sat 

+ C 

*Eustando la ecuación anterior a la (orma &m, G b se tiene ln P

sat 

=

−∆ H vap  R

[ ]− 1

T 

C 

Para obtener el !alor del calor latente de !aporización se gra)cara @se debe poner en pasado% se gra)cóA el

ln P

sat 

1

 !s

T 

e la ecuación de la recta m=

−∆ H vap  R

espeEando ∆ H vap  resulta ∆ H vap =−m∗ R

onde  es la constante de gases ideales igual a ?.14 6mol.

Desarrollo experimental •

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9ontar el e$uipo CuEetar el matraz bola con unas pinzas de tres dedos & colocarlo sobre la plancha de calentamiento de tal manera $ue no la to$ue. nir el re(rigerante con el matraz de bola & colocarle las mangueras al re(rigerante. Poner la  de !idrio en el re(rigerante.

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-nlazar la manguera de !ac#o a la  de !idrio as# como también la manguera del manómetro. Poner a (uncionar el re(rigerante a una temperatura de 10 H " conectado al termorrecirculador. Dntroducir el termómetro al matraz bola. "olocar en el matraz bola la acetona% apro,imadamente 500 ml o la cantidad necesaria para $ue el termómetro $uede sumergido. "onectar la bomba de !ac#o% abrir completamente la !ál!ula & tomar la lectura de presión $ue mide el manómetro. "alentar la acetona hasta punto de ebullición. *l estar en ebullición esperar uno o dos minutos para obser!ar $ue se mantenga estable & tomar lectura de la temperatura de ebullición.

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etirar la plancha de calentamiento.

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-n(riar el matraz con una (ranela h'meda.

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9anipular la !ál!ula de !ac#o para estabilizar en otra presión.

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Iol!er a calentar la acetona hasta punto de ebullición & tomar nue!amente la lectura de la temperatura. epetir este proceso ; !eces más a di(erentes presiones de !ac#o.

Análisis de resultados

 abla .1 atos obtenidos e,perimentalmente h@mA !"#$ !"#%& !"%'& !"%%& !"!(& !

T ᵒ

?%; 45 44 4B%; ;0 ;

 abla .5 "álculos para obtener el !alor del calor latente de e!aporización.

h@mA

T ᵒ

%)T *+,

!"#$

?%;

0%0050 ?7

!"#%&

45

0%0017 0>

!"%'&

44

0%001; 0?

!"%%&

4B%;

0%0015 ?45

!"!(&

;0

0%000> 4;4

!

;

0%000B B07

=ra)cando

T   !s

ln*-abs,

 P¿

2 71B4%50 4 2 5?;B%7> >; 2 51>00% 4; 2 1;5B%?B >; 2 ;>75%?1? ; 0

|¿|

1

|¿|

Pman

;B704%7 >B

10%>4;B 141

B;5%5 00;

11%0?75 40

71>B?%B B;;

11%1?> ?B1

7?B0;%1 0;

11%5751 >55

?7?>B%1 ?1;

11%?> 11B

>?B>

11%44>B ;;;

 se tiene la grá)ca siguiente

ln P ¿

Diagrama -.T 11.; 11.4 11. 11.5 11.1 ln*-abs, 11 10.> 10.? 10.7 10.B

(@,A  2 ;?1.1B, G 55.4B J  0.>>

0

0

0

0

0

0

0

0

%)T

=ra)ca .1 iagrama presión2temperatura

0

0

e la grá)ca se obser!a $ue el !alor de la pendiente @mA es igual a 2;?1.1;B% entonces% calculando

∆ H vap

 se tiene

∆ H vap =−m∗ R

∆ H vap =−(−3581.156 )( 8.314

∆ H vap =29773.731

J  ) gmol

J  gmol

onclusiones

Ce logró manipular la !ál!ula de !ac#o de manera correcta & de esta manera se pudo obtener el !alor del calor latente de !aporización de la acetona apro,imadamente de 5>77.71 6mol mientras $ue el !alor reportado en la literatura es igual a 0500 6mol. -sta di(erencia se puede deber a los errores e,perimentales como son lectura errónea de la temperatura o de la di(erencia de alturas en el manómetro & a las condiciones ambientales%  pero en realidad los datos e,perimentales se aEustaron a la ecuación de "lausius2 "lape&ron & no ha& una gran di(erencia entre ambos !alores por lo $ue se conclu&e $ue se cumple la ecuación de "lausius2"lape&ron & $ue la práctica se realizó de manera correcta. /ibliogra0ía •

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Cmith% 6. 9.% Ian Ness% 3. ".% *bbort% 9. 9. Dntroducción a la termodinámica en Dngenier#a Ku#mica% Céptima edición% 5007. "ap. 4% pág. 1. Felder% ichard 9. Principios elementales de los procesos $u#micos. Cegunda edición. *péndice L% pág. B71. "onsulta en l#nea 1; de septiembre de 5014/. +inM http:h&perph&sics.ph&2 astr.gsu.eduhbaseesthermophase5.htmlO