Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Transcripción

1 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Equilibrio y Cinética PRESIÓN DE APOR Y ENTALPÍA DE APORIZACIÓN DEL AGUA Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

2 OBJETIO GENERAL Comprender e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ECUACIÓN DE CLAUSIUS- CLAPEYRON, para aplicarlas en la determinación de la Hvaporización de una sustancia.

3 OBJETIOS PARTICULARES: a. Determinar valores de Pv del agua a distintas Temp, para representar y describir la relación que se presenta entre ambas variables. b. Calcular la Hvaporización del agua a partir de los datos experimentales y obtener la ecuación de Clausius- Clapeyron

4 PROBLEMA: Determinar la entalpía de vaporización del agua. Equilibrio líquido-vapor: H2O( l) H2 O( g) H m, vap 0

5 PRESIÓN DE APOR Es la presión a la que cada temperatura la fase condensada (líquido o sólido) y vapor se encuentran en equilibrio. Su valor es independiente de las cantidades de la fase condensada y la fase vapor presentes mientras existan ambas.

6 ENTALPÍA DE APORIZACIÓN Es la cantidad de calor que absorbe una sustancia líquida para que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a presión constante. Si P = cte: Qp H Calor latente: Q m vap El calor latente de vaporización es equivalente a la entalpía de vaporización: vap Hvap Sus unidades pueden ser J/mol, kj/kg y derivadas

7 Utilidad UTILIDAD de la DE Ecuación LA ECUACIÓN de DE CLAPEYRON: DIAGRAMA CLAPEYRON DE FASES Útil para predecir donde va ocurrir una transición de fase. Se obtiene la pendiente de la curva de coexistencia. Obtención de la variación de ENTALPÍA.

8 EQUILIBRIO TERMODINÁMICO Fase α Fase β Equilibrio térmico: T T Equilibrio mecánico: P P Equilibrio material: G 0 d d 3ra. Ec. Fundamental: d SmdT mdp SmdT m dp SmdT m dp ( m m ) dp ( Sm Sm ) dt dp S dt, m, trans m, trans Ecuación de Clapeyron dp dt S m trans m, trans

9 ECUACIÓN DE CLAUSIUS-CLAPEYRON Equilibrio líquido-vapor: dp dt S m, vap m, vap S m, vap H m, vap T dp dt H T m, vap m, vap m L m, vap m m L m El vapor obedece el modelo ideal: m, vap m m RT P dp dp dt H H m, vap m, vap 2 RT dt P R T P 2 ln P H m, vap RT B

10 DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE APORIZACIÓN A partir de la gráfica: ln P ln P H m, vap 1 R T B B m = H m,vap /R y m x b 1/T Las unidades de H m,vap dependen de las de R

11 La Ley de Charles establece que cuando se aumenta la temperatura el volumen de un gas aumenta directamente proporcional, cuando el cantidad de sustancia y la presión permanecen constantes. α T = K T Ecuación de proceso: 1 / T1 2 / T2 Ecuación de estado: / T K ' P, n = ctes

12 Mezcla de gases ideales de dos componentes LEY DE DALTON: P P A P total B T, ctes LEY DE AMAGAT: A total B T, P ctes y A n n A P P A A total total total y B 1 y A

13 MATERIALES Y REACTIOS aso Berzelius 1 L Termómetro digital Resistencia eléctrica Agitador de vidrio Probeta graduada 50mL Agua MATERIALES Y REACTIOS: Barómetro digital

14 DISEÑO EXPERIMENTAL: A2. DISEÑO EXPERIMENTAL Qué se quiere hacer? Establecer un intervalo de temperatura para observar el cambio en la Presión de vapor del H 2 O Cómo se va a hacer? Midiendo la variación de TOTAL del sistema ( TOTAL = AIRE + APOR ) y su relación con la temperatura Para qué se va a hacer? Obtener el ΔH m,vap en el intervalo de temperatura mediante la linealización de la Ecuación de Clausius-Clapeyron.

15 ALGORITMOS DE CÁLCULO:

16 P atm = RESULTADOS RESULTADOS Resultados experimentales Cálculos Temp. ( C) olumen total (ml) Temp. (K) olumen aire (ml) olumen vapor (ml) Y aire Y vapor P aire (mmhg) P vapor (mmhg) 1/T (K -1 ) ln P vapor

17 Cálculo del olumen de aire (aire) a diferentes temperaturas Considerando un modelo ideal. Ley de Charles P, n = cte 0 aire T 0 T 0 volumen de aire a T 0 = K T 0 temperatura a K aire volumen de la mezcla vapor de agua-aire a la temperatura T T temperatura de la mezcla vapor de agua-aire aire T 0 T 0

18 Y EL OLUMEN DEL APOR? Tenemos en la probeta una mezcla de vapor de agua y aire. Por lo tanto, para cada temperatura, se cumple la ley de Amagat: total vapor aire vapor total aire

19 y las Presiones parciales? A partir de la Fracción mol y aire aire total y vapor vapor total Presión parcial. Algoritmos: P y P P aire aire total vapor yvapor Ptotal

20 Gráficas a realizar: P vapor vs T y P aire vs T juntas ln (P vapor ) vs 1/T vapor vs T y aire vs T juntas Buscar el valor teórico de ΔH m,vap del agua y compararlo con el valor experimental obtenido: H teo exp % Error x100 H teo H

21 PREGUNTAS: 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? La presión atmosférica c) Qué gases hay dentro de la probeta a 0ºC? Solamente hay aire.

22 Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura Por su atención Gracias! Gracias por su atención!