Entalpía de vaporización. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

RESUMEN

En la ebullición, la diferencia entre la entalpía y la entropía molar entre los estados vapor-líquido de una sustancia se conoce como entropía y entalpía de vaporización. Se realizaron dos destilaciones acoplando el condensador y una resistencia al vaso Dewar, aplicando diferentes potencias en un mismo tiempo, logrando transferir energía suficiente al sistema para alcanzar el punto de ebullición del etanol y recolectar volúmenes de destilado. La entalpía y la entropía de vaporización fue de 10,19 kcal/mol y 29,03 cal/mol K respectivamente, representando un error del 10,32% ocasionado por variables como la pureza y la potencia aplicada. Adicionalmente se hizo una analogía con la Regla de Trouton y se estudiaron las propiedades termodinámicas involucradas en la práctica.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El grado de dispersión de materia y energía cambia en una sustancia cuando esta hierve como resultado de los cambios que ocurren en el orden de las moléculas empaquetadas, reflejado en el aumento de la entropía del sistema. Como se menciona en [1], la temperatura a la cual las dos fases están en equilibrio, cualquier transferencia de energía como calor es reversible entre el sistema y el entorno porque las dos fases se encuentran en equilibrio, por lo cual el cambio de entropía molar del sistema cuando se evapora el líquido se representa como:

∆S_vap=(∆H_vap)/T_vap (1)

Donde T_vap es la temperatura de ebullición y ∆H_vap corresponde la entalpía de vaporización del líquido y representa la diferencia entre la entalpía molar entre los estados vapor-líquido de una sustancia. El principio mencionado anteriormente es la base para entender la determinación de la entalpía de vaporización del líquido problema, en este caso, el etanol.

El procedimiento para hallar la entalpía de vaporización para el etanol se encuentra enunciado en [2], y la ecuación es:

n∆H_vap=(VIt/4,18)-ct (2)

Donde, n son las moles del líquido, V es el voltaje, I es la corriente, c es el flujo de calor al entorno y t es el tiempo.

Es necesario conocer la potencia eléctrica aplicada al sistema, la masa de etanol que pasa de fase líquida a y el tiempo requerido. Esto fue determinado por medio de destilación simple implementando una cantidad de líquido suficiente, de tal forma que cubriera la resistencia del equipo dentro del vaso Dewar, que al ser calentado aplicando una potencia constante, transfiriere energía en forma de calor al sistema suficientemente mayor a las fuerzas de cohesión entre las moléculas de etanol presentándose un cambio a estado gaseoso permitiéndoles alcanzar posteriormente el condensador, en donde transfieren la energía ganada al agua y regresan a su estado líquido inicial para así obtener un volumen de destilado en un tiempo determinado.

Para hallar la entalpía de vaporización en la práctica, es necesario realizar dos ensayos, variando la energía eléctrica aplicada, pero empleando el mismo tiempo. De esta forma se elimina las pérdidas de calor al entorno durante el proceso (ct) en la ecuación 2, por consiguiente la entalpía de vaporización se expresa como:

∆H_vap=PM(V_1 I_1-V_2 I_2 )t/(4,18 (m_1-m_2)) (3)

Donde, PM corresponde al peso molecular del etanol, (V_1 I_1-V_2 I_2) y (m_1-m_2 ) es la diferencia entre las potencias y masas respectivamente en los dos ensayos.

Tabla 1. Datos obtenidos experimentalmente para los ensayos con etanol al 95% variando la potencia y con tiempo constante.

Ensayo 1 Ensayo 2

Masa (g) 8,9427 17,0646

Volumen (mL) 12 21

Corriente (A) 5,24 6,55

Voltaje (V) 10,3 13,3

Tiempo

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