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
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.
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
PROBLEMA: Determinar la entalpía de vaporización del agua. Equilibrio líquido-vapor: H2O( l) H2 O( g) H m, vap 0
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.
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
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.
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
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
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
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
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
MATERIALES Y REACTIOS aso Berzelius 1 L Termómetro digital Resistencia eléctrica Agitador de vidrio Probeta graduada 50mL Agua MATERIALES Y REACTIOS: Barómetro digital
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.
ALGORITMOS DE CÁLCULO:
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
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 = 273.15 K T 0 temperatura a 273.15 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
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
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
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
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.
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura Por su atención Gracias! Gracias e-mail: omar.termo@hotmail.com por su atención!