Determinación del calor de vaporización de un líquido

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZ.

PRÁCT. DE LABORATORIO #5: DETERMINACIÓN DEL CALOR DE VAPORIZACIÓN DE UN LÍQUIDO

INGENIERÍA QUÍMICA.

CATEDRÁTICO: ING. WILBERT MORGAN CARRILLO BLANCO

MATERIA: TERMODINÁMICA.

INTEGRANTES:

ILLÁN MONJARDÍN XANTHIA YARIM

GARCÍA HERNÁNDEZ ALEXIS EDUARDO

AGUILAR MORGAN ADRIEL ALEJANDRO

GUILLÉN SÁNTIZ ERICK IVÁN

GRUPO: Q3A

TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS A 15 DE OCTUBRE DE 2014.

MARCO TEÓRICO

CALOR DE VAPORIZACION

Se llama "calor de vaporización", la energía necesaria para cambiar 1 gramo de sustancia en estado líquida, al estado gaseoso en el punto de ebullición. Esta energía rompe las fuerzas atractivas intermoleculares y también debe proveer la energía necesaria para expandir el gas (el trabajo PDV). En un gas ideal, ya no hay ninguna energía potencial asociada con las fuerzas intermoleculares. De modo que la energía interna, está completamente en forma de energía cinética molecular.

La energía final representada aquí como energía cinética de traslación, no es estrictamente cierta. También hay un poco de energía de vibración y de rotación.

Una característica importante del cambio de fase de vaporización del agua, es el gran cambio en el volumen que lo acompaña. Una mol de agua son 18 gramos, y a la TPE si esa mol la evaporamos a gas, ocupará 22,4 litros. Si el cambio es de agua a vapor a 100°C, en vez de 0°C, entonces por la ley de gas ideal ese volumen se incrementa en la proporción de las temperaturas absolutas, 373K/273K, o sea a 30,6 litros. Comparando esto con el volumen de agua líquida, ha habido un factor de expansión de 30600/18 = 1700, cuando está evaporada a 100°C. Este es un hecho físico que conocen los bomberos, porque ese aumento de 1.700 veces el volumen, cuando en un incendio se rocía el agua sobre una superficie caliente, puede ser explosiva y peligrosa.

Una forma de visualizarlo, es teniendo en cuenta el volumen que ocupa en una probeta graduada 18 ml. de agua en estado líquido, y que corresponden a un número de moléculas igua al número de Avogadro. Si se convirtieran a vapor a 100°C esta misma mol de moléculas de agua, llenaría un globo de 38,8 cm. de diámetro (15,3 pulgadas).

Entalpías de vaporización de algunas sustancias comunes, medidas a sus respectivos puntos de ebullición.

Compuesto Entalpía de vaporización

(kJ mol−1)

Entalpía de vaporización

(kJ kg−1)

Agua

40,65 2257

Amoníaco

23,35 1371

Butano

21,0 320

Etanol

38,6 841

Fosfina

14,6 429,4

Hidrógeno

0,46 451,9

Metano

8,19 760

Metanol

36,1 1104

Propano

15,7 356

TECNICA PARA CALCULAR EL CALOR DE VAPORIZACION

Cuando un líquido se encuentra a la temperatura de ebullición, para pasarlo a estado de vapor hay necesidad de aplicarle una cantidad de calor adicional, para romper las fuerzas atractivas intermoleculares, a este calor necesario para evaporar cierta cantidad de sustancia se le conoce con el nombre de calor de vaporización.

El calor de vaporización se conoce como calor latente de vaporización puesto que al aplicarlo, no hay cambio en la temperatura del sistema.

Donde m es la cantidad de sustancia a evaporar y ΔHv es el calor de vaporización.

CURVA DE CALENTAMIENTO

Supongamos que se tiene una sustancia en el estado sólido en un tiempo to a una temperatura inicial Ti (figura 3). Si empezamos a adicionar calor progresivamente, su temperatura empieza a aumentar (calor sensible) hasta llegar a la temperatura de fusión Tf en el tiempo t1.

La cantidad de calor gastado entre to y t1 se calcula por la expresión:

Dónde:

Q1 = cantidad de calor en calorías.

m = masa (gramos) de sustancia que se está calentando en el estado sólido.

Ces = es el calor específico de la sustancia en el estado sólido (cal/g °C)

Tf – Ti = Representa el cambio de temperatura (ΔT) en ese intervalo.

Cuando la sustancia se encuentra a la temperatura de fusión, hay necesidad de aplicarle calor latente de fusión (ΔH fusiσn) para convertirla en líquido (intervalo t1 a t2), el calor total de este intervalo depende de la masa.

Cuando todo el sólido se haya transformado en líquido (t2), al aplicar calor empieza nuevamente a incrementarse la temperatura (calor sensible) hasta el tiempo (t3), donde el líquido alcanza su temperatura de ebullición.

El calor aplicado entre t2 y t3 se calcula por la expresión:

ó

Cel es el calor específico de la sustancia en el estado líquido (cal/g °C) Cuando la sustancia se encuentra en la temperatura de ebullición, hay necesidad de aplicarle el calor latente de vaporización (ΔHv)

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