Practica 5 Quimica Aplicada

PRÁCTICA No. 5

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA PRESIÓN DE VAPOR DE UN LÍQUIDO PURO

OBJETIVOS GENARALES:

 Determinar experimentalmente la presión de vapor de líquidos puros a distintas temperaturas de ebullición, modificando la presión del sistema.

 Determinar la relación existente entre la presión de vapor y la temperatura en líquidos puros.

OBJETIVOS PARTICULARES:

• Analizar y comprender el comportamiento de la presión del gas, cuando se produce la vaporización por medio del calentamiento de un líquido cuando este se somete a cierta temperatura.

• Comparar resultados experimentales de la presión del gas con la de otros equipos para así determinar el error experimental y formar una ley física que ampare el comportamiento del experimento.

• Determinar el error de la presión del gas producido en el experimento.

RESÚMEN:

En la realización de la práctica que a continuación se presenta, teniendo como objetivo principal calcular la entalpía de vaporización del líquido en estudio, en este caso el alcohol al llegar a su punto de ebullición y de tal manera con el vapor producido por la reacción podremos determinar la presión ejercida por el vapor y para calcular dicha entalpía solo tenemos como fundamento teórico la ecuación de Clausius Clapeyron y la constante de los gases ideales pero en unidades de cal/mol ok y así asemejar a la ecuación de la línea recta, la cual la pendiente en este caso es negativa.

La presión de vapor se emplea en las industrias del plástico lo cual se lleva acabo en muchos generadores de vapor es simplemente un cambiador de calor en el cual el calor es transmitido de los productos de combustión al condensador.

INTRODUCCIÓN

LA ECUACUÓN DE CLAUSIUS-CLAPEYRON

La evaporación del agua es un ejemplo de cambio de fase de líquido a vapor. Los potenciales químicos de las fases α (líquido) y β (vapor) son funciones de la temperatura T y la presión P y tienen el mismo valor

μα(T, P)= μβ(T, P)

A partir de esta igualdad y empleando relaciones termodinámicas, se obtiene la ecuación de Clapeyron.

Suponiendo que la fase vapor es un gas ideal y que el volumen molar del líquido es despreciable comparado con el volumen molar de gas, se llega a la denominada ecuación de Clausius-Clapeyron que nos proporciona la presión de vapor del agua Pv en función de la temperatura T, suponiendo además, que la entalpía L de vaporización es independiente de la temperatura (al menos en un determinado intervalo).

Donde C = cte.

MECANISMO DE LA VAPORIZAVIÓN

EL PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

ΔU=Q-W

Siendo Q el calor absorbido (Q>0) por el sistema y W el trabajo realizado por el sistema (W>0 si el sistema aumenta su volumen).

Supongamos que una cantidad de calor Q=Li convierte un mol de líquido en un mol de vapor sin cambio de volumen, entonces:

ΔU=Q=L

Sin embargo, durante el proceso de vaporización hay un cambio de volumen, un mol de líquido Vl ocupa menos volumen que un mol de vapor Vv a la misma presión P y temperatura T. El trabajo realizado por el sistema es:

W=P(Vv-Vl)

El calor que tenemos que suministrar es:

Q=L= ΔU+W=Li+ P(Vv-Vl)

L ;se define como el calor latente o entalpía de vaporización, es decir, el calor necesario para que se evapore un mol de líquido a una presión constante P y a la temperatura T.

Normalmente Vv>> Vl y suponiendo que el vapor se comporta como un gas ideal, tendremos para un mol de vapor:

PV=RT

Finalmente, tendremos la siguiente relación:

L=Li+RT

Si se calienta un líquido se incrementa la energía cinética media de sus moléculas. Las moléculas cuya energía cinética es más elevada y que están cerca de la superficie del líquido escaparán y darán lugar a la fase de vapor. A continuación se muestra lo que ocurre cuando un líquido es calentado.

CALENTAMIENTO DE UN LÍQUIDO

Si el líquido está contenido en un recipiente cerrado, algunas moléculas del vapor seguirán el camino inverso chocando con la superficie del líquido e incorporándose a la fase líquida.

Se establece un equilibrio dinámico, cuando el número de moléculas que se escapan del líquido sea igual (en valor medio) al número de moléculas que se incorporan al mismo. Decimos entonces, que tenemos vapor saturado a la temperatura T y la presión parcial que ejercen las moléculas de vapor a esta temperatura sobre el líquido se denomina presión de vapor (Pv).

La presión de vapor de una sustancia depende solamente de la temperatura y no del volumen; esto es, un recipiente que contiene líquido y vapor en equilibrio a una temperatura fija, la presión es independiente de las cantidades relativas de líquido y de vapor presentes.

La temperatura de ebullición es aquella para la cual, la presión de vapor es igual a la presión exterior. La presión de vapor del agua es igual a una atmósfera a la temperatura de 100°C.

Si consideramos que la función de distribución de Boltzmann se aplica al mecanismo de la evaporación

Donde nv y nl son el número de moles en la unidad de volumen en el vapor y en el líquido, respectivamente a la temperatura absoluta T, y Li es el valor medio por mol de sustancia de la diferencia entre la energía potencial de las moléculas en su fase de vapor y en su fase líquida.

Esta ecuación nos dice que nv y por tanto, la presión de vapor Pv, se incrementan rápidamente con la temperatura absoluta T. Derivando esta ecuación respecto de T, suponiendo que nl es independiente de T.

Si el vapor se comporta como un gas ideal Pv=nvRT o bien, ln nv=ln Pv-ln(RT).

Derivando esta expresión respecto de T

Ó bien

Esta es una de las formas de la famosa ecuación de Clausius-Clapeyron que proporciona la pendiente de la curva, en el diagrama P-T (figura al principio de esta sección), de coexistencia de las fases líquida y de vapor en equilibrio.

El calor latente L varía con la temperatura T, pero podemos suponerlo constante en un intervalo dado de temperaturas. Integrando la ecuación diferencial, obtenemos

De

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