EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR - PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA - ECUACIÓN DE CLAUSIUS – CLAPEYRON

[pic 1]

LABORATORIO N°05 

“EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR - PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE

VAPORIZACIÓN DEL AGUA - ECUACIÓN DE CLAUSIUS – CLAPEYRON”.

1. Objetivos

1.1. Comprender e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ecuación de Clausius-Clapeyron, para aplicarlas en la determinación de la entalpia de vaporización de una sustancia.

1.2. Determinar valores de presión de vapor del agua a distintas temperaturas, para representar y describir la relación que se presenta entre ambas variables.

1.3. Calcular la entalpia de vaporización del agua a partir de datos experimentales y obtener los parámetros de la ecuación de Clausius-Clapeyron.

2. Fundamento Teórico

        2.1.         Introducción

Si se considera una muestra líquida de una sustancia pura en un recipiente cerrado, la presión del vapor en equilibrio con el líquido se denomina presión de vapor. La presión de vapor depende de la naturaleza del líquido y aumenta con la temperatura hasta la temperatura crítica.

La ecuación de Clausius-Clapeyron (ecuación 1) expresa la variación de la presión de vapor con la temperatura:

……………………………(1) [pic 2]

La integración de la ecuación anterior conduce a la ecuación que se indica a continuación:

……………………………(2) [pic 3]

Donde Pv es la presión de vapor de la sustancia, ΔVH es el calor latente de vaporización del líquido, T es la temperatura (debe expresarse en K) y C constante de integración.

En la deducción de la ecuación anterior se ha considerado que el volumen de líquido es despreciable frente al volumen del gas y que el calor latente de vaporización del líquido es constante en el intervalo de temperatura considerado.

Comparando lo siguiente:

[pic 4] 

Se tiene:

[pic 5]….. (2.5)

3. MATERIALES

• Agua destilada,
• Probeta de 20 mL,
• Vaso de precipitado de 1 L,
• Varilla para agitar.
• Hielo
• Mechero bunsen

4. PROCEDIMIENTO

4.1. Llenar con agua destilada aproximadamente 10 ml una probeta graduada de 20 ml dejando un volumen libre, medido desde el borde. Cubrir el extremo con un dedo e invertirla rápidamente introduciéndola en el vaso de precipitado de 1 L, que ha sido llenado previamente con agua.

4.2. Agregar agua al vaso de 1 L, si fuera necesario, para que el aire dentro de la probeta quede totalmente cubierto de líquido. Luego calentar con un mechero de laboratorio hasta aproximadamente 80°C. Nota: agitar (con cuidado), el agua del baño para evitar gradientes de temperatura.

4.3. Leer el volumen de aire con una aproximación de 0.1 mL y la temperatura del baño con una apreciación de 0.2°C.

4.4. Una vez que la temperatura es (aproximadamente) de 80°C, apagar el mechero permitiendo que el agua comience a enfriarse. Leer el volumen que ocupa el gas, en intervalos.

4.5. Enfriar rápidamente el sistema, agregando hielo hasta que cubra toda la probeta, hasta alcanzar una temperatura cercana o igual a 0°C, de modo tal que el contenido de vapor de agua sea despreciable, y mida el volumen que ocupa el gas a esa temperatura.

4.6. Averigüe el valor de la presión atmosférica en su localidad, para luego efectuar los cálculos.

[pic 6] 

Figura 1. Circuito experimental (https://www.youtube.com/watch?v=TwOKHbS-nE4) 

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

5.1. Registrar los datos experimentales de temperatura y volumen en la Tabla 1. El uso de una probeta graduada invertida, involucra un pequeño error sistemático debido a que el menisco de la interfase vapor de agua-líquido está invertido.

5.2. Usando los valores de volumen medido encontrar los valores del volumen del aire según la ecuación (3). Registrar los resultados en la Tabla 1.

        Volumen de aire (mL) = Vmedido, 0°C                                     ……………(3)[pic 7]

        5.3.         Calcular el volumen de vapor de agua (mL) según la ecuación (4)

        Vol. vapor de agua (mL) = Vol. medido – Vol. aire         …………………(4)

5.4. Calcular la presión parcial de aire en la mezcla de gases a cada temperatura usando la ecuación (5).

Presión aire (mmHg)=                                    ……………..(5)[pic 8]

5.5. Calcular la presión de vapor de agua a cada temperatura utilizando la ecuación (6). Presión vap (mmHg)=                             ..……………(6)[pic 9]

RESULTADOS

[pic 10][pic 11][pic 12]Tabla 1. Datos experimentales y calculados 

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