1. MARCO TEÓRICO

B. Presión de vapor.-

La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el sólido o líquido se

hallan en equilibrio con su vapor.

Los vapores y los gases, tienden a ocupar el mayor volumen posible y ejercen

así sobre las paredes de los recintos que los contienen, una presión también

llamada, fuerza elástica o tensión. Para determinar un valor sobre esta

presión se divide la fuerza total por la superficie en contacto.

La regla de fases establece que la presión del vapor de un líquido puro es

función única de la temperatura de saturación. Vemos pues que la presión de

vapor en la mayoría de los casos se puede expresar como

Pvp = f (t)

La cual podría estar relacionada con cualquier otra propiedad intensiva de un

líquido saturado ( o vapor), pero es mucho mejor relacionarla directamente con

la temperatura de saturación.

C. Relación de la presión de vapor y la temperatura.-

La presión de vapor de un líquido se relaciona con la temperatura por medio

de la ecuación de Claussius Clapeyron, sin embargo existen muchas ecuaciones

que estudian esta propiedad de los fluidos, pero de todas maneras estas

ecuaciones pueden referirse a la ecuación de Clapeyron:

dPdT = ∆ Hv

(Vg−Vl )T = ∆ HvT ∆V

D. Tipo de uso de la presión de vapor.-

Para mirar un ejemplo de presión de vapor aplicada a tuberías es bueno

analizar un poco las plantas productoras de petroquímicos y refinerías, ya que

estas requieren de muchos servicios como: vapor de agua (enfriamiento,

servicio, proceso), aire de instrumentos, energía eléctrica; para ello estas

plantas necesitan grandes sistemas de transformación de energía, y redes de

distribución de varios kilómetros, en las cuales se incurre en pérdidas de

energía. Para lo que es necesario usar expresiones matemáticas para calcular

dichas perdidas y llevar a cabo estudios sobre la recuperación de la inversión y

la rentabilidad de acciones de ahorro de energía.

E. Calor latente de vaporización.-

El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para

cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso

(calor de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de

calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la

temperatura.

Desde antiguo se usaba la expresión calor latente para referirse al calor de

fusión o de vaporización. Latente, en latín, quiere decir escondido, y se llamaba

así porque, al no notarse un cambio de temperatura mientras se produce el

cambio de fase (a pesar de añadir calor), éste se quedaba escondido. La idea

proviene de la época en la que se creía que el calor era una sustancia fluida

denominada calórica. Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia

no cambia de fase, aumenta la temperatura y se llama calor sensible.

Cuando se aplica calor a un trozo de hielo, va subiendo su temperatura hasta

que llega a 0 °C (temperatura de cambio de estado); a partir de ese momento,

aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiará hasta que se

haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del

hielo. Una vez fundido el hielo la temperatura volverá a subir hasta llegar a

100 °C; desde ese momento, la temperatura se mantendrá estable hasta que se

evapore toda el agua.

ΔU = ΔH – Δ(PV)

Fig. 1 Calor latente de algunas sustancias

Fig. 2 Presión de vapor del agua

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se revisó y verificó el equipo instalado.

Luego se llenó el matraz con agua

destilada hasta 1/3 de su volumen total,

manteniendo la llave abierta al ambiente.

Después se calentó el agua hasta ebullición, sin exceder los

100°C.

Inmeditamente se retiró la cocinilla e invirtió la posición de la llave, de

forma que el manómetro quede

conectado con el balón.

A partir de los 99°C se anotó las temperaturas

y las presiones atmosféricas, hasta llegar a los 80°C, en

intervalos de 1°C.

3. CUESTIONARIO

A) La entalpía de vaporización o calor de vaporización es la cantidad

de energía necesaria para que la unidad de masa (kilogramo, mol, etc.)

de una sustancia que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a

una presión de una atmósfera pase completamente del estado líquido al

estado gaseoso. El valor disminuye a temperaturas crecientes,

lentamente cuando se está lejos del punto crítico, más rápidamente al

acercarse, y por encima de la temperatura críticalas fases de líquido y

vapor ya no coexisten. Generalmente se determina en el punto de

ebullición de la sustancia y se corrige para tabular el valor en condiciones

normales.

B) El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de

un líquido es igual a la presión atmosférica. Como el punto de ebullición

depende de la presión atmosférica, éste variará al modificarse la presión

atmosférica. Por ejemplo, el agua hierve a menor temperatura en zonas

más elevadas (relación directa entre presión y temperatura).

C) Un isoteniscopio es un aparato empleado para la medición de la presión

de vapor de sustancias en fase líquida. El instrumento consta de

un manómetro y de un recipiente en el cual se introduce la sustancia

cuya presión de vapor se va a medir. La apertura del manómetro se

conecta a un sensor de presión. Es necesario utilizar una célula de vacío

para ajustar la presión del sistema y purificar la muestra. El isoteniscopio

es particularmente útil para el intervalo de temperaturas entre 20 y 150

ºC, y para presiones de vapor entre 1 y 100 kN m-2.

4. CONCLUSIONES

La ecuación de Clausius – Claperyon relaciona la dependencia de la

temperatura y la presión de vapor de un líquido con el calor de

vaporización.

El método estático nos permite determinar la presión de vapor de los

líquidos a temperaturas mayores que la ambiental y con ellas calcular el

calor molar de vaporización del líquido.

En un sistema homogéneo, como el del agua destilada, la presión de

vapor se determinó con facilidad, ya que todo el sistema tiene la misma

composición.

La presión de vapor de los líquidos a presión atmosférica se incrementa

con respecto al decrecimiento en la temperatura de ebullición.

La presión de vapor posee una relación inversamente proporcional con

las fuerzas de atracción intermoleculares, debido a que cuanto mayor

sea el módulo de las mismas, mayor deberá ser la cantidad de energía

entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestación) para

vencerlas y producir el cambio de estado.

5. RECOMENDACIONES

Se debe ser rápido al momento de marcar las alturas en el papel

milimetrado, ya que la temperatura sigue bajando y por ende también el

manómetro.

Con respecto al termómetro, es posible que no se encuentre calibrado

por lo tanto no podemos guiarnos de que el punto de ebullición alcance

los 100 °C, es por ello que debemos percatarnos exactamente cuándo

comienza a evaporarse el agua.

Al llegar al punto de ebullición el agua, retirar la hornilla con mucho

cuidado y tomar las temperaturas correspondientes a partir de 99ºC, en

intervalos de 1°C e inmediatamente marcar las alturas.

Manipular las llaves del balón con precaución, si estas están cerradas

una vez que el agua empieza a hervir podría romperse el balón por la

presión interna.

Terminado el experimento cerrar la llave que conecta el manómetro con

el balón y dejarlo abierto al ambiente, de esta forma se evitara que el

mercurio pueda pasar al balón.