PRÁCTICAS DE DE TERMODINÁMICA

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1 PRÁCTICAS DE DE TERMODINÁMICA Curso PRACTICA 3: PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA POR DEBAJO DE 100 ºC.CALOR DE VAPORIZACIÓN. Alumnos: - Iván Company Hernando Nº matricula: Héctor Calvo Fernández Nº matricula: Jorge Bielza López-Manterola Nº matricula: GRUPO: V 17:00 S2 Profesor: Eduardo Faleiro DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial Universidad Politécnica de Madrid

2 1.- Objetivo: - Comprobar experimentalmente la ecuación de Clausius-Clapeyron. - Obtener el calor molar de vaporización del agua. 2.- Introducción: En esta práctica queremos saber que ocurre de forma experimental con la presión de vapor del agua por debajo de su temperatura de ebullición, es decir, 100 ºC, para ver si se corresponde con lo que sabemos de forma teórica, que es que la presión del vapor del agua disminuye cuando disminuye la temperatura. 3.- fundamento teórico: El agua hierve a 100 ºC a la presión normal de 1013 hpa. Esto quier decir que la presión de vapor del agua a 100 ºC es de 1013 hpa. Sin embargo, como ya se ha citado anteriormente la presión de vapor del agua disminuye cuando disminuye la temperatura, y llega incluso a bajar hasta solo unos pocos hectopascales a temperatura ambiente. La ecuación de Clausius-Clapeyron es la base teórica para la realización de esta práctica, ya que su fórmula nos da la relación ente la presión de vapor y la temperatura, en nuestro caso del agua. Esta ecuación puede ser usada para predecir dónde se va a dar una transición de fase, puesto que permite calcular la pendiente de una línea de equilibrio entre dos fases en el diagrama de Presión-Temperatura. En un cambio de fase líquido-vapor, tanto ΔH como ΔV son positivos, por tanto la pendiente de la línea de equilibrio líquido-vapor es positiva. Lo mismo sucede con la línea sólido-vapor. En un cambio de fase sólido-líquido, ΔH es positivo y en general ΔV también, por lo tanto la pendiente de esta línea también será positiva. Existen sin embargo algunas excepciones como el H 2 O, Ga o Bi debido a una disminución de volumen que sufren estos componentes al fundirse, en estos casos la pendiente de la línea de equilibrio sólido-líquido será negativa. En el cambio de fase sólido-líquido ΔV es mucho menor que en los cambios de fase sólido-gas o líquido-gas. Por esta razón la pendiente en el primer caso es mucho mayor que en los últimos. Ln P v = - λ R x T

3 Donde λ es el calor molar de vaporización, y R es la constante de los gases (8,314 J/mol.K) y T la temperatura en (K). En el presente experimento la presión de vapor P v viene dada por la expresión: Siendo: P L = P A P v P v = P A P L P v = presión de vapor P A = presión atmosférica del laboratorio (Hay que corregirla con las tablas) P L = presión del manómetro que medimos durante la práctica (IMPORTANTE: tomadas positivas todas) 4.- Procedimiento experimental: Para la realización de esta práctica será necesario: - Dos varillas de acero inoxidable - Nueces con soportes para las varillas - Matraz de tres bocas - 2 tubos de caucho - Tubo de vidrio - Bomba de vació - Manómetro - Termómetro - Un calentador-agitador de partículas 1º- Llevar a cabo el montaje con todos los elementos citados, para poder proceder a llevarla a cabo. 2º- Colocamos el termómetro de tal forma que se encuentre en contacto con el agua y de tal forma que sea fácilmente medible, después se enciende el calentador-agitador sobre el que se encuentra el matriz con el bulbo que contiene el fluido, de tal forma que la ruleta calentador se coloca al 100 % y la ruleta del agitador a 300 rpm, teniendo especial cuidado en que el agitador que se mueve dentro del líquido, no toque las paredes del recipiente al girar y pueda romperlo. 3º- Se deja durante el tiempo que necesite el agua (sin variar las ruletas), hasta llegar a la temperatura de unos 34 ºC, es entonces cuando se abre la llave de paso, del tubo que va conectado a la bomba de vació e inmediatamente a continuación se acciona el interruptor de esta para ponerla en funcionamiento, y expulsar el aire que había dentro, después volver a cerrar la llave de paso, y apagar la bomba. Reducimos el calentador al 50% 4º- Esperar a que llegue a 35 ºC, primera temperatura a la que anotar la presión marcada en el manómetro (en nuestro caso), repetir la medida del

4 manómetro a intervalos de temperatura de 5 ºC hasta llegar a alcanzar los 65 ºC. 5º- Una vez que hayamos tomado todos estos valores, y que a simple vista no se observe grandes errores, o que alguna medida por el motivo que sea, haya sido mal medida o alterada, y haya que repetir la práctica o la medida, hay que proceder a desmontar el conjunto, teniendo especial cuidado debido a las altas temperaturas de algunos elementos. 6º- Por último para poder realizar todos los cálculos pedidos para esta práctica, es necesario medir la temperatura y presión atmosféricas del laboratorio donde se han llevado a cabo, y corregir esta última con las tablas con las que contamos para ello. 5.- Recogida de datos: Una vez terminada la práctica y con los valores de la temperatura a intervalos de 5 ºC y la presión a estas temperatura en atmósferas, podemos pasar a realizar los cálculos con la ecuación de Clausius-Clapeyron, para completar la siguiente tabla. P atmosférica = 717mmHg T clase = 25,5 ºC Temperatura (ºC) Lecturas del barómetro en mm ,73 2, ,96 3,04 X=2,97 mmhg hallado por interpolación 1 atm = Pa = 760 mmhg P atm corregida = P A = 717-x = 717-2,97 = 714,03 mmhg = 0,94 atm = Pa T (ºC) T (K) 1/T (K -1 ) P L (x10 5 Pa) P v (Pa) Ln P v ,24x10-3 0, , ,19x10-3 0, , ,14x10-3 0, , ,09x10-3 0, , ,04x10-3 0, , x10-3 0, , ,95x10-3 0, ,41 Importante: La temperatura ha de expresarse en una escala absoluta por eso se utilizan los grados kelvin, ya que no hay temperaturas negativas para esa escala, como los datos se recogen en ºC habrá que llevar a cabo la siguiente transformación: 1 ºC 273 K

5 Curva de vaporización del agua: Grafica de las columnas destacadas: Para el cálculo del calor de vaporización del agua se representan los valores de Ln P v en ordenadas y en abcisas los valores de 1/T. La pendiente (m) que obtenemos nos sirve para aplicar nuestras ecuaciones y calcular así el calor molar de vaporización (λ) y su correspondiente error ( λ). y = mx + n (Ecuación de la pendiente) m = -5976,59 m = 537,93 λ m = λ = m x R R λ = 5976,6 x 8,314 = ,4 J/mol = 49,7 KJ/mol

6 λ = m x R = 537,93 x 8,314 = 4.472,4 J/mol = 4,5 KJ/mol RESULTADO 49,7 ± 4,5 KJ/mol 6.- Conclusiones: Debe obtenerse un valor entre KJ/mol, ya que el valor tabulado para t=20 C es KJ/mol y para 100 C KJ/mol. En nuestro caso hemos obtenido un valor de 49,7 KJ/mol; viendo esto observamos que hemos cometido un cierto error a la hora de tomar los datos en la realización de la practica, además debemos considerar un cierto error del manómetro así como las posibles fugas que puedan tener las conexiones del montaje de la práctica.