Practica Quimica Esime Zacatenco

Objetivo:

Determinar experimentalmente la temperatura de ebullición del agua a diferentes presiones. Comprobar la Ecuación de Clausius-Clapeyron mediante el cálculo de la temperatura correspondiente a las diferentes presiones de vapor y compararla con la temperatura experimental respectiva.

Consideraciones Teóricas:

-PRESIÓN DE VAPOR DE LOS LÍQUIDOS. EBULLICIÓN.

En los líquidos las moléculas están en continuo movimiento, aunque mucho más restringido que el de las moléculas gaseosas, por la mayor atracción existente entre ellas, y existe una distribución de velocidades moleculares, en cierto modo, semejante a la de los gases.

Como consecuencia de esos movimientos constantemente estarán llegando moléculas a la superficie desplazando a las existentes allí. Las que posean energía suficiente para vencer a la atracción de las restantes moléculas, escaparan del líquido, pasando al estado gaseoso.

Si se sitúa un líquido en un recipiente cerrado, como el recinto vacío de un tubo barométrico, al principio pasaran moléculas del líquido al estado gaseoso, pero estas moléculas chocan con la superficie del líquido y si no poseen energía suficiente para vencer la atracción de estas, quedaran retenidas o incorporadas al líquido

Constantemente estarn pasando moleculas lentas del gas liquido, hasta que se alcance el equilibrio. Durante el uquilibrio el numero de moleculas que pasan de una fase a otra es el mismo. A cada temperatura se establecera una presion de la fase gaseosa, quese puede mdir, por comparacion con tro tubo barometrico de referencia, y recibe el nombre de presion de vapor del liquido a la temperatura considerada.

Si se aumenta la temperatura aumentara en el liquido la proporcion de moleculas rapidas que pueden escapar de la superficie y pasar a la fase gaseosa; en esta disminuira la proporcion de moleculas lentas que pueden incorporarse a la fase liquida. El resultado es que en el equilibrio la presion de vapor del liquido sera mayor que a temperatura mas baja.

La presion de vapor es independiente de la cantidad de liquido y de vapor existente; depende solo, para cada sustancia, de la temperatura.

Figura 1.-Variación de la presión de vapor de un líquido con la temperatura.

La curva de la Figura 1, representa la variación de la presión de vapor de un líquido con la temperatura.

La evaporación consiste, en conjunto, en el paso de moléculas de un estado mas condensado y más fuertemente unidas entre si, a otro (gaseoso), en el que las moléculas están más separadas, menos atraídas entre sí. Por consiguiente, el proceso requiere energía para vencer la atracción de las moléculas del líquido.

Durante la evaporación el líquido se enfría. Para mantener constante la temperatura del sistema, es necesario suministrar calor del exterior. Este calor (que se llama latente, porque no produce aumento de la temperatura en el líquido) se denomina calor de evaporización del líquido; el cual, depende de la cantidad de liquido transformado en vapor. Suele referirse a un gramo o a un mol. Se define como calor que hay que emplear para transformar un mol de un líquido en vapor a determinada temperatura.

Si el sistema en recipiente abierto, sometido a una presión constante, por ejemplo una atmosfera, el calentamiento -si es suficiente: superior al calor empleado en la vaporización- produce elevación de la temperatura del líquido con aumento en la presión de vapor, hasta que esta esa iguala a la presión externa, atmosférica. Cuando se alcanza esa igualdad, el líquido se evapora libremente; el fenómeno no queda limitado a la superficie; se producen burbujas de vapor en el interior de la masa liquida que se desprenden al llegar a la superficie. Durante el proceso, la temperatura del líquido permanece constante (varia si varía la presión externa).

En consecuencia un líquido puede hervir dentro de un intervalo relativamente grande de temperaturas, al variar la presión externa. Se llama punto de ebullición a la temperatura a que hierve un líquido cuando la presión externa es de una atmosfera.

Ecuación de Clausius-Clapeyron.

El análisis de otro ciclo idealizado permite la deducción de una importante ecuación relativa a la presión de vapor de un líquido o un sólido. La maquina que soporta el proceso cíclico es un cilindro en el que encaja un pistón que se encuentra ocupado por liquido y su vapor en equilibrio. Se utilizan baños térmicos de temperaturas T y T –dT, siendo las presiones de vapor del líquido a estas temperaturas P y P- dP, El ciclo es como sigue:

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El trabajo realizado sobre el sistema es igual a menos el área de la figura descrita por el recorrido, o aproximadamente –w = Dp, ∆V, donde ∆V = Vvap. – Vliq. Es el aumento de volumen en la evaporización. El calor de evaporización q = ∆H:

Un reagrupamiento nos lleva a la Ecuación de Clausius-Clapeyron:

Que relaciona la dependencia de la temperatura con la presión de vapor, a las variaciones de entalpia y volumen en la vaporización. Igual relación también se obtiene para la vaporización de un sólido, pues el líquido en el cilindro se remplazaría por un sólido sin cambiar los resultados.

Con frecuencia se introducen aproximaciones en la ecuación de Clausius-Clapeyron: Se desprecia el volumen del liquido o del sólido, ya que es pequeño comparado al del vapor.

Desarrollo Experimental:

Primera parte:

1.- En el matraz balón coloque aproximadamente 250 ml de agua y los cuerpos de ebullición.

2.- Monte el equipo tal como se indica en la figura 1, al iniciar el experimento el tubo de hule no deberá estar conectado al manómetro. Estando desconectado el manómetro (pero en una posición tal que cuando sea necesario se pueda conectar rápidamente), caliente hasta ebullición. Anote la temperatura correspondiente.

3.- Por

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