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“PRESIÓN DE VAPOR Y
ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN
DEL AGUA”
Departamento de Fisicoquímica
Laboratorio de Equilibrio y Cinética
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
OBJETIVO GENERAL Comprender e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ECUACIÓN DE CLAUSIUS-CLAPEYRON, para aplicarlas en la determinación de la
∆Hvaporización de una
sustancia.
a. Determinar valores de Pv del
agua a distintas Temp, para
representar y describir la
relación que se presenta entre
ambas variables.
b. Calcular la ∆Hvaporización
del agua a partir de los datos
experimentales y obtener la
ecuación de Clausius-
Clapeyron
OBJETIVOS PARTICULARES:
PROBLEMA:
Determinar la entalpía de vaporización del agua.
Equilibrio líquido-vapor:
2 2 ,H O( ) H O( ) 0m vapl g H
Es la presión a la que cada temperatura la fase condensada (líquido o sólido) y vapor se encuentran en equilibrio.
Su valor es independiente de las cantidades de la fase condensada y la fase vapor presentes mientras existan ambas.
PRESIÓN DE VAPOR
Es la cantidad de calor que absorbe una sustancia líquida, para encontrarse en equilibrio con su propio vapor a presión constante.
ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN
Si P = cte:
pQ H
Calor latente:
vapQ m
vap vapH
El calor latente de vaporización es equivalente a la entalpía de vaporización:
Sus unidades pueden ser J/mol, kJ/kg y derivadas
Utilidad de la Ecuación de CLAPEYRON: DIAGRAMA DE FASES
Útil para predecir donde va ocurrir una transición de fase.
Se obtiene la pendiente de la curva de coexistencia.
Obtención de la variación de ENTALPÍA.
UTILIDAD DE LA ECUACIÓN DE CLAPEYRON
EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
Equilibrio térmico: T T
Equilibrio mecánico: P P
Equilibrio material:
d d m md S dT V dP
( ) ( )m m m mV V dP S S dT
m m m mS dT V dP S dT V dP
, ,m trans m transV dP S dT ,
,
m trans
m trans
SdP
dT V
Fase α
Fase β
3ra. Ec. Fundamental:
Ecuación de Clapeyron
0G
,
2
m vapHdP dT
P R T
,ln
m vapHP B
RT
ECUACIÓN DE CLAUSIUS-CLAPEYRON
Equilibrio líquido-vapor:
,
,
m vap
m vap
SdP
dT V
,
V L
m vap m mV V V
,
V
m vap mV VV L
m mV V
V
m
RTV
P
,
,
m vap
m vap
HS
T
,
,
m vap
m vap
HdP
dT T V
,
2
m vapH PdP
dT RT
El vapor obedece el modelo ideal:
DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE
VAPORIZACIÓN
A partir de la gráfica:
ln P
1/T
m = −Hm,vap/R
, 1ln
m vapHP B
R T
Las unidades de Hm,vap dependen de las de R
■ ■
■ ■
■ ■ ■
■ ■
By m x b
La Ley de Charles establece que cuando se aumenta la temperatura el volumen de un gas aumenta directamente proporcional, cuando el cantidad de sustancia y la presión permanecen constantes.
V α T
V = K’T
Ecuación de estado:
/ 'V T K
Ecuación de proceso: 1 1 2 2/ /V T V T
P, n = ctes
Mezcla de gases ideales de dos componentes
total BA PP P
total total to
A A
t
AA
aln P
n V
V
Py
,T V ctes
total BA VV V
,T P ctes
LEY DE AMAGAT:
LEY DE DALTON:
1B Ay y
MATERIALES Y REACTIVOS
Vaso Berzelius 1 L
Termómetro digital
Resistencia eléctrica
Agitador de vidrio
Probeta graduada 50mL
Agua
Barómetro digital
MATERIALES Y REACTIVOS:
A2. DISEÑO EXPERIMENTAL
¿Qué se quiere hacer?
Establecer un intervalo de temperatura para observar el cambio en la Presión de vapor del H2O
¿Cómo se va a hacer?
Midiendo la variación de VTOTAL del sistema
(VTOTAL = VAIRE+VVAPOR) y su relación con la temperatura
¿Para qué se va a hacer?
Obtener el ΔHm,vap en el intervalo de temperatura mediante la linealización de la Ecuación de Clausius-Clapeyron.
DISEÑO EXPERIMENTAL:
ALGORITMO DE CÁLCULO:
RESULTADOS
Resultados
experimentales Cálculos
Temp.
(°C)
Volumen
total (mL)
Temp.
(K)
Volumen
aire
(mL)
Volumen
vapor
(mL)
Y aire Y vapor P aire (mmHg)
P vapor (mmHg)
1/T
(K-1)
ln Pvapor
RESULTADOS
Patm = ______________
Cálculo del Volumen de aire (Vaire) a
diferentes temperaturas
Considerando un modelo ideal.
Ley de Charles P, n = cte
0
0
aireV V
T T
0
0
aire
V TV
T
V0 volumen de aire a T0 = 273.15 K
T0 temperatura a 273.15 K
Vaire volumen de la mezcla vapor de
agua-aire a la temperatura T
T temperatura de la mezcla vapor de
agua-aire
Tenemos en la probeta una mezcla de
vapor de agua y aire. Por lo tanto, para
cada temperatura, se cumple la ley de
Amagat:
¿Y EL VOLUMEN DEL VAPOR?
vapor total aireV V V
total vapor aireV V V
¿y las Presiones parciales? A partir de la Fracción mol
Presión parcial. Algoritmos:
aireaire
total
Vy
V
aire aire totalP y P vapor vapor totalP y P
vapor
vapor
total
Vy
V
Gráficas a realizar:
P vapor vs T y P aire vs T juntas
ln (P vapor) vs 1/T
V vapor vs T y V aire vs T juntas
Buscar el valor teórico de ΔHm,vap del agua y
compararlo con el valor experimental obtenido:
exp% 100
teo
teo
H HError x
H
PREGUNTAS:
a) ¿Qué gases hay dentro de la probeta entre los 30ºC y 70ºC?
b) ¿Cuál es la presión total de los gases dentro de la probeta?
c) ¿Qué gases hay dentro de la probeta a 0ºC?
Aire y vapor de agua
La presión atmosférica
Solamente hay aire.
La presión de vapor tiene muchas aplicaciones en el campo industrial como en la vida cotidiana.
Un claro ejemplo de la aplicación de presión de vapor es en una torre de destilación que es ocupada para separar los diferentes compuestos de hidrocarburos que tiene el petróleo.
APLICACIONES DE LA PRESIÓN DE VAPOR
Torre de destilación vista desde afuera.
Destilación fraccionada de los
hidrocarburos.
APLICACIONES DE LA PRESIÓN DE VAPOR
En la destilación de una sustancia como por ejemplo extraer un aceite esencial de una planta o cualquier otra sustancia.
APLICACIONES DE LA PRESIÓN DE VAPOR
En la vida cotidiana nos es muy útil por ejemplo al planchar.
APLICACIONES DE LA PRESIÓN DE VAPOR