PRACTICA EVAPORACION

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Introducción
La vaporización (o evaporación) es un proceso endotérmico. La entalpía molar de vaporización, simbolizada como ΔHv, es la cantidad de calor necesaria para transformar 1 mol de un líquido en vapor a la presión de 1 atm y una temperatura especificada. Esta entalpía nos proporciona una medida de la intensidad de las fuerzas intermoleculares (Gillespie, 572, 1990).
Si se tiene un sistema formado por una fase líquida y una fase vapor de una determinada sustancia pura y ambas fases se encuentran en equilibrio, es decir que el número de moléculas que abandonan el líquido y retornan a él por unidad de tiempo es el mismo, se usa una ecuación diferencial que se puede aplicar a esos equilibrios de fase y se conoce como ecuación de Clapeyron. Por lo que si el vapor y el líquido de un componente puro están en equilibrio, la presión de equilibrio se denomina presión de vapor.
A una temperatura dada, sólo hay una presión en la que las fases líquida y de vapor de una sustancia pura pueden existir en equilibrio. Vemos pues que la presión de vapor en la mayoría de los casos se puede expresar como 
Pvp= f (t)
Si la presión de vapor no es muy alta, podemos suponer que la fase vapor se comporta como un gas ideal y cumple la relación P V = nRT. Cuando se imponen ambas condiciones a la ecuación de Clapeyron se obtiene la ecuación de Clausius­Clapeyron que expresa la variación de la presión de vapor con la temperatura y está dada por: 
donde R es la constante de los gases ideales, T la temperatura absoluta del sistema, P la presión de vapor y ∆Hv la entalpía o calor de vaporización molar de la sustancia. 
Integrando la ecuación considerado que el volumen de líquido es despreciable frente al volumen del gas y que el calor latente de vaporización del líquido es constante en el intervalo de temperatura considerado se obtiene (Murcia, 2015):
OBJETIVO GENERAL
Comprender e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ecuación de Clausius-Clapeyron, para aplicarlas en la determinación de la entalpía de vaporización de una sustancia. 
PROBLEMA
Determinar la entalpía de vaporización del agua.
A1. CUESTIONARIO PREVIO
1. Describir a qué se refieren los equilibrios físicos y qué características termodinámicas los definen.
La fase está en equilibrio cuando la presión (P) y la temperatura (T) son constantes en toda la fase. En un cambio de estado, las transformaciones estarán en equilibrio a temperatura y presión constantes cuando las energías libres molares de las sustancias sean idénticas en ambas fases
2. Indicar cuál es la diferencia entre un gas y un vapor.
El gas es el estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio, también es uno de los tres estados de la materia ordinaria. El vapor es un estado de la materia en el que las moléculas apenas interaccionan entre si adoptando la forma y el volumen de recipiente que lo contiene, también el vapor es aquel gas que se puede condensar por presurización a temperatura constante.
3. Explicar qué es la presión de vapor, en qué unidades se expresa y cuáles son los factores que la afectan.
La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa de un líquido o un sólido sobre la fase liquida, para una temperatura determinada, donde la fase liquida y el vapor interactúan y se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes 
La presión de vapor se expresa en Pa, mmHg, atm, bar, etc
4. Explicar qué es la entalpía de vaporización, en qué unidades se expresa y cuáles son los factores que la afectan. 
La entalpía de vaporización, se representa como ΔHvap. Es la cantidad de calor que absorbe una sustancia líquida para que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a presión constante. El calor latente de vaporización es equivalente a la entalpía de vaporización. Sus unidades pueden ser: J/mol, kJ/kg, su valor varía con la temperatura y la presión 
5. Investigar qué utilidad tiene la ecuación de Clausius-Clapeyron y explicar el significado de los términos que aparecen en ella. 
· Útil para predecir donde va a ocurrir una transición de fase.
· Se obtiene la pendiente de la curva de coexistencia.
· Obtención de la variación de entalpía.
ln P = 
Donde: 
P: presión
ΔHm,vap: entalpía de vaporización
R: constante de los gases ideales 
T: temperatura 
B: constante
6. Representar gráficamente la ecuación de Clausius-Clapeyron, indicando a qué corresponde el valor de la pendiente y el de la ordenada al origen.
7. Investigar el valor de la entalpía de vaporización del agua.
40.7 KJ/mol a 273 K
8. Explicar la ley de Charles de los gases.
Cuando se aumenta la temperatura el volumen de un gas aumenta directamente proporcional, cuando la cantidad de sustancia y la presión permanecen constantes.
9. Explicar cómo se define y cuáles son las formas en que puede calcularse una fracción mol.
La Fracción Molar es una forma de medir la concentración que expresa la proporción en que se encuentra una sustancia respecto a los moles totales de la disolución.
Fracción molar (Xi) =
.
Datos, cálculos y resultados 
Tabla 1: Datos, experimentales y calculados 
Temperatura: 18.3°C (291.45°K) Presión atmosférica 588 mmHg
	Evento
	T(°C)
	Vexperimental (mL)
	T(K)
	Vaire 
(mL)
	Vvapor 
(mL)
	Yvapor
	Yaire
	Pparpcial aire/ (mmHg)
	P​vap
(mmHg)
	
	ln P​vap
	1
	60°
	19
	333.15
	16.00
	3
	0.1578
	0.8421
	495.15
	92.78
	3.00x
	4.5302
	2
	55°
	17
	328.15
	15.76
	1.24
	0.0729
	0.9270
	545.07
	42.86
	3.04x
	3.7579
	3
	50°
	17
	323.15
	15.52
	1.48
	0.0870
	0.9129
	536.78
	51.15
	3.09x
	3.9347
	4
	45°
	14
	318.15
	15.28
	1.28
	0.0914
	1.0914
	641.74
	53.74
	3.14x
	3.9841
	5
	40°
	13
	313.15
	15.04
	2.04
	0.1569
	1.1569
	680.25
	92.25
	3.19x
	4.5245
	6
	35°
	13.5
	308.15
	14.80
	1.30
	0.0962
	1.0962
	644.56
	56.56
	3.24x
	4.0353
	7
	30°
	13
	303.15
	14.56
	1.56
	0.1200
	1.1200
	685.56
	70.56
	3.29x
	4.2564
	8
	25°
	12.5
	298.15
	14.32
	1.82
	0.1456
	1.1456
	673.61
	85.61
	3.35x
	4.4498
	9
	20°
	12
	293.15
	14.08
	2.08
	0.1733
	1.1733
	689.90
	101.90
	3.41x
	4.6239
	10
	15°
	11
	288.15
	13.84
	2.84
	0.2581
	1.2581
	739.76
	151.76
	3.47x
	5.0223
	11
	10°
	11.5
	283.15
	13.60
	2.10
	0.1826
	1.1826
	695.36
	107.36
	3.53x
	4.6761
	12
	5°
	11.5
	278.15
	13.36
	1.86
	0.1617
	1.1617
	683.07
	95.07
	3.59x
	4.5546
	13
	0°
	11.5
	273.15
	13.12
	1.62
	0.1408
	1.1408
	670.79
	82.79
	3.66x
	4.4163
Algoritmo de cálculo:
Para la temperatura en K:
T °C + 273.15= T(K)
Por ejemplo, para el evento 1:
60 °C + 273.15 = 333.15 K
Para obtener el volumen de aire se utiliza la ecuación de Charles, que dice
Donde las condiciones iniciales son:
V experimental= 14 ml
T=291.45K
Estas condiciones no cambian, es decir, permanecen constantes para el cálculo de los volúmenes de aire de todos los eventos, obteniendo:
Dónde:
V2 = Volumen de aire
T2 = Temperatura del evento que se desea conocer el volumen de aire.
V1 y T1, son las condiciones iniciales y no cambian.
Tomando como ejemplo el evento 2:
V2=(328.15K)= 15.76mL
Para calcular el volumen de vapor, solo se resta el volumen total menos el volumen de aire obtenido en la columna anterior, por ejemplo:
Evento 2:
Vvapor = Vtotal exp ­ V aire
V vapor = 17 mL ­ 15.76 mL = 1.24 mL
Posteriormente se calcula la fracción volumen de aire y de vapor de la siguiente manera:
 
Tomando como ejemplo el evento 2:
Yaire= = 0.9270
Yvapor=0.0729 o bien Yvapor = 1 − Y aire = 1-0.9270=0.073
Para obtener las presiones parciales:
Paire = Yaire Ptotal y Pvap = Yvap Ptotal
Tomando como ejemplo el evento 2:
Paire=Yaire Ptotal= (0.9270)(588mmHg)= 545.07 mmHg 
Pvap = Yvap Ptotal (0.0729)(588mmHg)= 42.86 mmHg
Para calcular el logaritmo natural de la Pvapor y el inverso de la T absoluta 
Tomando como ejemplo el evento 2:
Ln (Pvap)
Ln(42.86)= 3.7579 
1/T o 
1/328.15K= 3.04x O =3.04x
Grafica 1
Presion de vapor (mmHg) vs Temperatura (K)
Grafica 2
ln P vs 1/T (K-1)
ANÁLISIS DE RESULTADOS
1. Indicar qué gases se encuentran confinadosen la parte superior de la probeta entre 30 ºC y 70 ºC.
En este rango de temperatura podemos estar seguros que existe aire y vapor de agua en la probeta, ya que se sabe que el agua no necesariamente necesita llegara a su punto de ebullición para evaporarse, a los 30°C habrá mayor cantidad de aire que de vapor de agua, pero a los 70°C se invertirá, .habiendo así mayor cantidad de vapor de agua que de aire
2. Señalar cuál es el gas dentro de la probeta cuando la temperatura es de 0°C y explicar cuál es la utilidad de esa determinación.
A la temperatura de 0°C en la probeta solo se tiene aire, ya que es a esta temperatura donde el agua pasa de estado sólido al líquido, por lo tanto no hay vapor de agua a esta temperatura, y su utilidad es poder conocer el valor del volumen del aire dentro de la probeta al no haber vapor de agua
3. Explicar qué tipo de relación existe entre la presión de vapor y la temperatura, de acuerdo al comportamiento que se observa en el gráfico 1.
La relación que existe entre la presión de vapor y la temperatura en de proporcionalidad directa, es decir, al aumentar la temperatura el valor de la presión de vapor también aumenta en forma exponencial, debido a que al aumentar la temperatura la energía de las moléculas de agua es mayor y se ejercen mayor presión sobre alrededores.
4. Analizar qué tipo de relación se presenta entre el logaritmo natural de la presión de vapor del agua y el inverso de la temperatura absoluta (gráfico 2). Expresar la ecuación que describe el comportamiento de estos datos.
Se presenta una relación inversa, ya que se presenta una recta al graficar, pero con pendiente negativa, es decir, conforme se aumenta la temperatura, el valor del logaritmo va disminuyendo.
5. Explicar qué información proporciona la pendiente de la ecuación establecida en el punto (4) e indicar sus unidades.
La pendiente nos proporciona el valor de la entalpía de vaporización cuyas unidades son (J/mol), pero al ir dividido entre la constante de los gases cuyo valor es 8.314 J/molK, las unidades de la pendiente serán K.
=K
6. Calcular la entalpía de vaporización del agua a partir de la pendiente del gráfico 2.
7. Comparar el valor de la entalpía calculada a partir de los datos experimentales con el reportado en la literatura y calcular el porciento de error. En caso de existir alguna diferencia, explicar a qué puede deberse.
CONCLUSIONES
A partir de la formulación de la ecuación de Clausius­ Clapeyron obtenida de la gráfica lnP vs 1/T (teóricamente) realizada por la variación de las presiones del vapor y del aire con respecto a las distintas temperaturas evaluadas es posible determinar la entalpía de vaporización correspondiente a la pendiente de dicha ecuación
 En esta práctica no se pudo comprobar la ecuación de Clausius­ Clapeyron graficas por los valores experimentales obtenidos ya que marcan muchas variaciones y no marca alguna tendencia a las gráficas teóricas 
Bibliografía
· 4 Hernández Segura, Gerardo Omar. Curso de Equilibrio y Cinética. [En línea]
[Citado el: 07 de 09 de 2015.] http://cursodeequilibrioycinetica.blogspot.com/.
· Thomas Engel y Philip Reid, Química Física, pearson Addison Wesley, madrid
2006, pág, 243­249.
· Gillespie. (1990). Química. Barcelona: Reverté 
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
Nombre: Bañuelos Campos Eliseo Aziel
Herrera Pérez Estefany
Laboratorio de Equilibrio y Cinética
Practica 3 EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR
Grupo: 26
Profesora: Xóchitl María Esther Arévalo Mora 
Presion de vapor vs Temperatura
333.15	328.15	323.14999999999998	318.14999999999998	313.14999999999998	308.14999999999998	303.14999999999998	298.14999999999998	293.14999999999998	288.14999999999998	283.14999999999998	278.14999999999998	273.14999999999998	92.78	42.86	51.15	53.74	92.25	56.56	70.56	85.61	101.9	151.76	107.36	95.07	82.79	Temperatura (K)
P vap (mmHg)
ln P vs 1/T (K-1)
4.5301999999999998	3.7578999999999998	3.9346999999999999	3.9841000000000002	4.5244999999999997	4.0353000000000003	4.2564000000000002	4.4497999999999998	4.6238999999999999	5.0223000000000004	4.6760999999999999	4.5545999999999998	4.4162999999999997	3.0000000000000001E-3	3.0400000000000002E-3	3.0899999999999999E-3	3.14E-3	3.1900000000000001E-3	3.2399999999999998E-3	3.29E-3	3.3500000000000001E-3	3.4099999999999998E-3	3.47E-3	3.5300000000000002E-3	3.5899999999999999E-3	3.6600000000000001E-3	1/T (K-1)
ln P