EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

Transcripción

1 EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

2 I. 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.

3 II. OBJETIVOS PARTICULARES a. Determinar valores de presión de vapor del agua a distintas temperaturas, para representar y describir la relación que se presenta entre ambas variables. b. Calcular la entalpía de evaporización del agua a partir de los datos experimentales y obtener la ecuación de Clausius-Clapeyron

4 III. PROBLEMA Determinar la entalpía de vaporización del agua.

5 A1. CUESTIONARIO PREVIO 1. Describir a qué se refieren los equilibrios físicos y qué características termodinámicas los definen. 2. Indicar cuál es la diferencia entre un gas y un vapor. 3. Explicar qué es la presión de vapor, en qué unidades se expresa y cuáles son los factores que la afectan. 4. Explicar qué es la entalpía de vaporización, sus unidades ycuálessonlosfactoresquelaafectan.

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7 PRESIÓN DE VAPOR Es la presión a la que cada Temp la fase líquida y vapor se encuentran en equilibrio Su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas.

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9 Entalpía: es una magnitud termodinámica representada con la letra H, la variación de entalpía ( H) es la cantidad de energía (calor) que un sistema puede intercambiar con su entorno. (una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico). La entalpía, es una variable de estado, ( que sólo depende de los estados inicial y final) que se define como la suma de la energía interna de un sistema termodinámico y el producto de su volumen y su presión.(h =U+pV). La entalpía total de un sistema no puede ser medida experimentalmente, en cambio, la variación de entalpía de un sistema sí puede ser medida experimentalmente.

10 ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN RELACION DE CLAUSIUS-CLAPEYRON ln(pvap) = - Hvap/RT + b

11 La ENTALPIA de vaporización o calor es la cantidad de E necesaria para que una sust se encuentre en equilibrio con su propio vapor Ln p H = vap p R 1 T T b

12 continuación 5. Investigar qué utilidad tiene la ecuación de Clausius-Clapeyron y explicar el significado de los términos que aparecen en ella.

13 Utilidad de la EC. CLAUSIUS-CLAPEYRON Útil para predecir donde va ocurrir una transición de fase Se obtiene la pendiente de la curva de coexistencia Obtención de la ENTALPIA P S L G T

14 Contin 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 KJ/mol a 273 K 8. Explicar la ley de Charles de los gases. 9. Explicar cómo se define y cuáles son las formas en que puede calcularse una fracción mol.

15 DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE A partir de la gráfica: VAPORIZACIÓN Ln Pvap Pendiente= - Hvap/R 1/T ln(pvap) = - Hvap/RT + b

16 Ley de Charles Considerando un modelo ideal. Gas de Charles (P= cte) Volumen α Temperatura V/T = cte V 1 = T 1 V T 2 2

17 y las presiones parciales? Fracción mol y x = nx / nt = Px / PT = Vx / VT y aire = V aire / V total y vapor = V vapor / V total Pvap = y vap PT

18 A2. DISEÑO EXPERIMENTAL Proponer el diseño del experimento apartir del material indicado en el punto A3

19 A2. DISEÑO EXPERIMENTAL Qué quiero hacer? Establecer un rango de temperatura ( )para observar el cambio en la Pv del H 2 O Cómo? Midiendo la variación de V T del sistema (V T = V AIRE +V VAPOR ) y su relación con la temperatura Para qué? Obtener el DH V en el rango de temp, mediante la linealización de la Ec de CC

20 A3. MATERIALES Y REACTIVOS Vaso Berzelius 1 L Termómetro digital Resistencia eléctrica Agitador de vidrio Probeta graduada 50mL Agua

21 A4. METODOLOGÍA EMPLEADA. Describir detalladamente la metodología empleada después de haber realizado el experimento.

22 RESULTADOS Resultados experimentales Cálculos Temp ( C) Volumen (ml) Temp (K) Volumen aire (ml) Volumen vapor (ml) Y aire Y vapor P aire (mmh g) P vapor (mmhg) 1/T (K -1 ) Ln P vap

23 Algoritmos de cálculos Considerando que la presión se mantiene constante durante todo el experimento calcula: a) el volumen de aire a cada temperatura y el volumen de vapor. b) la fracción mol de aire a cada temperatura c) la presión parcial del aire a cada temperatura d) la presión de vapor del agua a cada temperatura

24 Cálculo del Volumen de aire (VA)a diferentes temperaturas Considerando un modelo ideal. Gas de Charles (P= cte) Volumen α Temperatura V/T = cte Volumen de aire a 273K = Volumen de aire a X K 273 K X K Volumen de aire a X (K) = volumen de aire a 273K (X K / 273 K)

25 Volumen de vapor? Tenemos en la probeta una mezcla de vapor de agua y aire. Por lo tanto, para cada temperatura: Volumen de vapor = Volumen total volumen de aire

26 ? a) Qué gases hay dentro de la probeta entre los 30ºC y 70ºC? Aire y vapor de agua b) Cuál es la presión total de los gases dentro de la probeta? c) Qué gases hay dentro de la probeta a 0ºC? La presión atmosférica Solamente hay aire.

27 APLICACIONES La presión de vapor tiene muchas aplicaciones en el campo industrial como en la vida cotidiana. Un claro ejemplo de la aplicación de presión de vapor es en una torre de destilación que es ocupada para separar los diferentes compuestos de hidrocarburos que tine el petróleo.

28 Torre de destilación vista desde afuera. Destilación fraccionada de los hidrocarburos.

29 En la destilación de una sustancia como por ejemplo extraer un aceite esencial de una planta o cualquier otra sustancia.

30 En la vida cotidiana nos es muy útil por ejemplo al planchar.