TERMODINÁMICA: CALOR DE VAPORIZACION DEL AGUA GRUPO: V/15/S1/M3 Álvaro Lamo Ignacio Labari Miguel Lázaro Joshua Granados
1. OBJETIVOS Y FUNDAMENTOS TEORICOS El objetivo de la práctica es comprobar experimentalmente la ecuación de Clausius-Clapeyron, para ello se compara el valor real del calor molar del agua con el valor experimental obtenido a través de los resultados del experimento aplicando la ecuación de Clausius-Clapeyron. La ecuación de Clausius-Clapeyron describe la relación entre la presión de vapor y la Temperatura de la siguiente manera: Donde Pv es igual a la suma de la presión exterior más la presión indicada por el manómetro, R es igual a la cte. de los gases (8.31J/mol), T es la temperatura interior medida en grados kelvin y l es la contante del calor molar del agua que es lo que vamos a determinar experimentalmente. 2. MATERIALES Calefactor con agitador magnético. Vaso de precipitados de 600ml y otro de 400ml Matraz de 3 bocas de 100ml Termómetro Manómetro 2 tubos de caucho rígido. Bomba de vacio Pie con forma de A y dos varillas de acero inoxidable Nueces con sus soportes Un tubo de vidrio recto y otro en ángulo recto con llave de paso simple Agua destilada y agua corriente 3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL El previo montaje a la practicarse se debe realizar de la siguiente manera: 1) En la base con forma de A, introducir las dos varillas de acero inoxidable. Situando la más larga en la ranura del centro y la otra en la esquina de la A.
2) Enganchar los soportes para las nueces en las varillas y a continuación situar las nueces convenientemente. 3) Enganchar el manómetro en la nuez de la varilla del centro (a unos 40 cm por encima del matraz). 4) Conectar el manómetro con el matraz redondo por medio de un tubo de caucho rígido, que va unido al tubo de vidrio recto e introducir éste en la boca derecha del matraz. 5) La boca central del matraz redondo se comunica con la bomba de vacío por medio de la llave de paso de un solo sentido en ángulo recto y un tubo de caucho rígido. 6) En la tercera boca se introduce el termómetro. 7) Llenar el vaso de 600 ml con agua (corriente) para crear un baño termostático para el matraz redondo. 8) Llenar el matraz de 3 vías algo más de la mitad con agua destilada. Una vez realizados todos estos pasos se pasa a realizar la parte práctica: 1) Situar los tubos de vidrio lo más alejados posible de la superficie libre del agua en el matraz redondo. Sin embargo, asegurarse de que el bulbo del termómetro esté sumergido en el agua y que su escala es visible, al menos, a partir de los 20 º C. 2) Encender el calentador y agitador magnético pulsando el interruptor de la parte posterior y encendiendo los interruptores delanteros.. Regular la ruleta del motor entre 100-300 rpm y la ruleta del calentador al 100%. 3) Cuando el agua en el matraz alcance los 25 ºC, abrir la llave de paso situando la palomilla en posición vertical. Accionar la bomba de vacío mediante su interruptor y una vez realizado el vacío, (mirando el manómetro), volver a cerrar la llave de paso y apagar la bomba. 4) Reducir el calentador al 50%. Cuando el termómetro marque 30ºC anotar la presión indicada en el manómetro (presión leída 1). Repetir la medida en intervalos de 5ºC, hasta llegar a 85ºC. 5) Apagar el calentador y, con mucho cuidado de no dañar los tubos ni las conexiones, desplazar el matraz hacia arriba para sacarlo del baño térmico. 6) Medir la presión atmosférica (p0) y la temperatura ambiente. Anotarlas, y corregir p0.
4. DATOS OBTENIDOS Una vez obtenidos los datos nos queda esta tabla: Grados Cº KELVIN 1/KELVIN Pli (mbar) Pli (Pa) Pf=Pext-Pli Ln(Pf) 30 303 0,00330033 0,89 89000 3792 8,24064886 35 308 0,00324675 0,86 86000 6792 8,82350073 40 313 0,00319489 0,82 82000 10792 9,2865604 45 318 0,00314465 0,81 81000 11792 9,37517661 50 323 0,00309598 0,8 80000 12792 9,45657525 55 328 0,00304878 0,76 76000 16792 9,72865786 60 333 0,003003 0,75 75000 17792 9,7865042 La cual la transformamos en una relación entre ln(pf) (eje ordenadas) y 1/kelvin (eje abcisas) obteniendo la siguiente grafica: Aquí obtenemos la pendiente de la relación que es igual a -λ/r=-4809 por lo tanto λ (cte molar de evaporización del agua)=4809*r 4809*8.31=39962.79 (J/mol)=39.96 KJ/mol 40-44 KJ/mol (valor real)
5. ERROR Los errores del ajuste por mínimos cuadrados vienen dados por las siguientes formulas: Donde la covarianza al cuadrado ya la tenemos: 0.894=> y después de varios cálculos nos resulta que es igual 4,81188E-07 por lo tanto el error de la pendiente (B) es igual a 11.31, lo que se traslada a través de la siguiente formula: A un error del calor molar de vaporización de 94.01 (J/mol) Resultado final del experimento: Calor molar de vaporización del agua =39.96 +/- 0.94 KJ/mol Comparación con el resultado real: (42-39.96)*100 42 4.95% error sobre el valor real 6. CONCLUSIONES Dado el gran número de errores que se pueden presentar a la hora de realizar este experimento es de sorprender que el error respecto al valor real sea solo de aproximadamente un 5 por cierto, con esto damos finalizada la práctica y comprobada la ley de Clausius-Clapeyron con un alto grado de satisfactoriedad.