DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION

DETERMINACION DEL CALOR DE VAPORIZACION

INTRODUCCION

Cuando un lquido se encuentra a la temperatura de ebullicin, 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 vaporizacin. El calor de vaporizacin se conoce como calor latente de vaporizacin puesto que al aplicarlo, no hay cambio en la temperatura del sistema.Cuando a una cierta cantidad de agua (u otro lquido) se le suministra calor, ste 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 especfico. Pero si la temperatura alcanza el punto de ebullicin del agua (T = 100C, dependiendo de la presin, y por tanto de la altitud, local), el agua hierve (entra en ebullicin) y se va transformando en vapor con mayor o menor rapidez segn la velocidad a la que se le est suministrando el calor. Mientras que dura la transformacin de lquido a vapor (cambio de fase), su temperatura permanece constante en Te, y la energa que se le suministra se invierte en transformar el lquido en vapor.Por tanto, el paso de la fase lquida a la fase vapor requiere de un aporte de energa. Este informe tiene como finalidad explicar un poco la obtencin del calor de vaporizacin experimentalmente y los mtodos empleados para tal fin.

INDICE

I. Introduccion Pag. 1II. Indice ..Pag. 2III. Objetivos ..Pag. 3IV. Fundamento terico . Pag. 4V. Fundamento experimental ..Pag. 7VI. Bibliografa Pag. 11

OBJETIVOS

Calcular el calor de vaporizacin de un lquido que cumple la ecuacin de Clausius-Clapeyron.

Determinar la presin de vapor del agua a diferentes temperaturas.

Comprobar que un lquido problema cumple la ecuacin de Clausius -Clapeyron a partir de un grfico de LnP vs. 1/T.

FUNDAMENTO TEORICOPresin de vapor, puntos de ebullicin:Se define como presin de vapor de un lquido en equilibrio con su vapor, o simplemente, presin de vapor a una temperatura determinada, a la presin que ejercen las molculas que escapan de la fase lquida (en equilibrio con las que retornan de la fase vapor). Dicha presin de vapor aumenta al elevarse la temperatura, llegndose a un lmite que es la presin crtica, en el que la fase lquida desaparece. Cuando la presin de vapor del lquido es igual a la presin externa que ejerce el gas en contacto con el lquido, se observa la formacin de burbujas en el seno del lquido y se dice que ste entra en ebullicin. As pues, el punto de ebullicin de un lquido se define como la temperatura a la cul su presin de vapor es igual a la presin externa. Si se produce una disminucin de la presin externa, el punto de ebullicin disminuye, mientras que un aumento de la presin externa provocar un aumento del punto de ebullicin.Las molculas de un lquido se mueven debido a la temperatura a la que se encuentran, escapando algunas molculas que poseen una velocidad superior a la media a travs de la superficie libre y pasando a la fase gaseosa. Asimismo, las molculas de vapor al chocar con la superficie libre se incorporan a la fase lquida. En las condiciones adecuadas se llegar a un equilibrio entre ambos movimientos. Se puede demostrar experimentalmente que la presin de vapor es independiente de la masa del lquido y del espacio ocupado por el vapor, y que slo depende de la naturaleza del lquido y de la temperatura a la que est sometido el lquido. Calor latente de vaporizacin:Para pasar de la fase lquida a la fase de vapor se necesita una absorcin de energa por parte de las molculas lquidas, ya que la energa total de estas es menor que la de las molculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensacin, se produce un desprendimiento energtico en forma de calor. El calor absorbido por un lquido para pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporizacin. Se suele denominar calor latente de vaporizacin cuando nos referimos a un mol. El calor molar de vaporizacin se podra referir a un proceso termodinmico a volumen constante o a presin constante, y los designaremos por y . En el primer proceso, el intercambio calrico que entra en juego se invierte en vencer la fuerza de atraccin del lquido y se suele denominar calor latente interno de vaporizacin molar.

En el proceso a presin constante, que se realiza en la prctica frente a una presin exterior, prcticamente, invariable hay que agregar a la energa interna la necesaria para verificar el cambio de volumen, y viene dado por siendo la presin del vapor y y , los volmenes molares del vapor y del lquido, respectivamente. As pues, el calor molar de vaporizacin a presin constante vendr dado por:

Como podemos considerar y , pero como Y considerando que se cumple la ley de los gases perfectos, nos queda:

Hasta ahora hemos considerado una nica presin sobre el lquido, la del vapor, pero si el lquido est sometido a una presin externa adicional la presin de vapor variar.Ecuacin de clausius - clapeyronEsta ecuacin establece la relacin entre la variacin de la presin y la temperatura:

Como , tenemos:

Tanto , como estn referidas a un mol.Si la temperatura no est prxima al valor crtico el volumen y se puede despreciar frente a . Por tanto:

Donde:: Presin (Pa): Calor de vaporizacin: Volumen molar de fases vapor y liquida en equilibrio.Si nos movemos lejos del punto crtico se puede muy bien introducir la ecuacin de los gases perfectos , quedando:

Pero sabemos que:

Si igualamos las ecuaciones y :

Integrando esta ecuacin entre , y . , obtenemos:

Regla de TroutonEsta regla dice que el cociente entre el calor de vaporizacin y su temperatura absoluta de ebullicin a la presin atmosfrica (760 mmHg) es constante y vale 21 cal/K.Para 1 mol:

Existen dos tipos de sustancias que se desvan del valor de entropa (21 cal/K):1) S > 21 cal/grado, para lquidos asociados por enlaces de hidrgeno, agua, alcohol ... En este caso la asociacin de las molculas en fase lquida es mucho mayor que en fase gaseosa.2) S< 21 cal/grado, en cidos donde la asociacin molecular existe en fase gaseosa. En los hidrocarburos, teres y otros componentes donde no hay asociaciones moleculares ni en la fase lquida ni en la fase gaseosa, se cumple bastante bien la regla de Trouton.

FUNDAMENTO EXPERIMENTALA.- EQUIPOS Y MATERIALESPisceta y aguaBomba de vacioTermmetro

Medidor de presinMedidor de temperatura digital matraz esfrico

Equipo armado para la experimentacin

B.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Armamos el equipo en donde se realizara la experimentacin; el equipo consiste en una bomba de vacio, frasco de tres entradas, medidor de presin, medidor de temperatura, entre otros. Se revisa el equipo, tratando de que no halla entrada para el aire ya que la experimentacin se realizara en vacio. Agregamos 50 ml de agua en el frasco de tres entradas, en donde en una va el sensor de presin, 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 presin 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 presin de vapor del agua. Terminamos de tomar los datos y luego con estos se realizaran los clculos respectivos y el anlisis para la obtencin del calor de vaporizacin.C.- REGISTRO DE MEDICIONESLos datos medidos los hemos reunidos en una tabla.TABLA 1T(OC)21.225303540455055

P(hPa)218327411474532589643703

Observacin: La presin atmosfrica es: 1013 hPa.D.- CALCULOSCon los datos medidos en la tabla 1, formamos otra tabla de tal forma que podamos hacer uso de la ecuacin ; asi tenemos:TABLA 21/T(10-3K-1)3.3993.363.33.253.23.143.13.05

Ln(P)5.395.796.0266.166.286.386.4666.555

La ecuacin esta dada por:

En donde observamos que si graficamos la pendiente ser:

Entonces de la grafica en Data Studio obtenemos:

Luego si:

Entonces:

Reemplazando nuestros datos:

Finalmente:

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

La grafica nos muestra la relacin entre vs y era la esperada lo cual nos muestra el comportamiento del vapor de agua segn la ecuacin de clausius Clapeyron.F.- ANALISIS DE RESULTADOSPara 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 obtencin no tan exacta del clculo experimental al clculo terico; pensando que el equipo armado para esta practica no es el indicado ya que sus mrgenes de error pueden producir errores importantes y por ende no llegaramos a los resultados requeridos. Por lo tanto tendramos que utilizar instrumentos mucho ms precisos y evitar as los porcentajes de error elevados.

CONCLUSIONES Se pudo observar que a medida que la temperatura disminuye, la presin de vapor de un lquido tambin disminuye, es decir, existe una relacin directa entre el cambio de la temperatura y el cambio en la presin de vapor del agua.

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

A partir de la ecuacin de Clausius-Clapeyron se puede calcular el calor de vaporizacin de un lquido mediante la ecuacin:

En el desarrollo de la prctica en el laboratorio es importante aislar nuestro sistema de la interferencia del aire ya que la experimentacin se debe realizar en el vacio.BIBLIOGRAFA Chang R. Fisicoqumica; tercera edicin.

Atkins P.W. Fisicoqumica Addison - Wesley Iberoamericana. Mxico, 1991.

CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoqumica, segunda edicin. Mxico: Fondo Educativo Interamericano S.A., 1974.

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