calor de vaporizacion

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 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO INTRODUCCION Cuando un líquido se encuentra a la temperatura de ebullición, para pasarlo a 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 vaporiz acn. El calor de va poriz acn se conoce como calor latent e de vaporización puesto que al aplicarlo, no hay cambio en la temperatura del sistema. Cuando a una cierta cantidad de agua (u otro líquido) se le suministra calor, ste se inv ier te inicialmente en aumentar la temper atura del agu a. !icho aumento de temperatura viene determinado por el calor suministrado, la masa de agua, y la constante llamada calor específico. "ero si la temperat ur a alcanza el punto de ebullición del agua (# $ %&&'C, dependiendo de la presión, y por tanto de la altitud, local), el agua hierve (entra en ebullición) y se va transformando en vapor con mayor o menor rapidez segn la velocidad a la que se le est suministrando el calor. ientras que dura la transformación de líquido a vapor (cambio de fase), su temperatura permanece constante en # e , y la energía que se le suministra se invierte en transformar el líquido en vapor. "or tanto, el paso de la fase líquida a la fase vapor requiere de un aporte de energía. Este informe tiene como finalidad e*plicar un poco la obtención del calor de vaporización e*perimentalmente y los mtodos empleados para tal fin. LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I

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Calor de Vaporizacion

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

INTRODUCCION

Cuando un líquido se encuentra a la temperatura de ebullición, para pasarlo a

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.

Cuando a una cierta cantidad de agua (u otro líquido) se le suministra calor,

ste se invierte inicialmente en aumentar la temperatura del agua. !icho

aumento de temperatura viene determinado por el calor suministrado, la masa

de agua, y la constante llamada calor específico. "ero si la temperatura

alcanza el punto de ebullición del agua (# $ %&&'C, dependiendo de la presión,

y por tanto de la altitud, local), el agua hierve (entra en ebullición) y se va

transformando en vapor con mayor o menor rapidez segn la velocidad a la

que se le est suministrando el calor. ientras que dura la transformación de

líquido a vapor (cambio de fase), su temperatura permanece constante en # e, y

la energía que se le suministra se invierte en transformar el líquido en vapor.

"or tanto, el paso de la fase líquida a la fase vapor requiere de un aporte de

energía. Este informe tiene como finalidad e*plicar un poco la obtención del

calor de vaporización e*perimentalmente y los mtodos empleados para tal fin.

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OBJETIVOS

• Comprobar que un líquido problema cumple la ecuación de Clausius

+Clapeyron a partir de un grfico de -n" vs. %#.

 

Calcular el calor de vaporización de un líquido que cumple la ecuación de

Clausius+Clapeyron.

• !eterminar la presión de vapor del agua a diferentes temperaturas.

FUNDAMENTO TEORICO

Presión de vapor, punos de e!u""i#ión$

/e define como presión de vapor de un líquido en equilibrio con su vapor, o

simplemente, presión de vapor a una temperatura determinada, a la presión

que e0ercen las molculas que escapan de la fase líquida (en equilibrio con lasque retornan de la fase vapor). !icha presión de vapor aumenta al elevarse la

temperatura, llegndose a un límite que es la presión crítica, en el que la fase

líquida desaparece. Cuando la presión de vapor del líquido es igual a la presión

e*terna que e0erce el gas en contacto con el líquido, se observa la formación de

burbu0as en el seno del líquido y se dice que ste entra en ebullición. 1sí pues,

el punto de ebullición de un líquido se define como la temperatura a la cul su

presión de vapor es igual a la presión e*terna. /i se produce una disminuciónde la presión e*terna, el punto de ebullición disminuye, mientras que un

aumento de la presión e*terna provocar un aumento del punto de ebullición.

-as molculas de un líquido se mueven debido a la temperatura a la que se

encuentran, escapando algunas molculas que poseen una velocidad superior 

a la media a travs de la superficie libre y pasando a la fase gaseosa.

 1simismo, las molculas de vapor al chocar con la superficie libre se

incorporan a la fase líquida. En las condiciones adecuadas se llegar a un

equilibrio entre ambos movimientos. /e puede demostrar e*perimentalmente

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que la presión de vapor es independiente de la masa del líquido y del espacio

ocupado por el vapor, y que sólo depende de la naturaleza del líquido y de la

temperatura a la que est sometido el líquido.

 Ca"or "aene de vapori%a#ión$

"ara pasar de la fase líquida a la fase de vapor se necesita una absorción de

energía por parte de las molculas líquidas, ya que la energía total de estas es

menor que la de las molculas gaseosas. En el caso contrario, en la

condensación, se produce un desprendimiento energtico en forma de calor. El

calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura se

denomina calor de vaporización. /e suele denominar calor latente de

vaporización cuando nos referimos a un mol. El calor molar de vaporización se

podría referir a un proceso termodinmico a volumen constante o a presión

constante, y los designaremos por(∆ H V  )V   y

(∆ H V  ) P .

En el primer proceso, el intercambio calórico que entra en 0uego se invierte en

vencer la fuerza de atracción del líquido y se suele denominar calor latente

interno de vaporización molar.

En el proceso a presión constante, que se realiza en la prctica frente a una

presión e*terior, prcticamente, invariable hay que agregar a la energía interna

la necesaria para verificar el cambio de volumen, y viene dado por 

 P ( V g−V  L )  siendo P

 la presión del vapor yV g  y

V  L , los volmenes

molares del vapor y del líquido, respectivamente.

 1sí pues, el calor molar de vaporización a presión constante vendr dado por2

(∆ H V ) P=(∆ H V )V + P ( V g−V  L ) …(1)

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ComoV g≫V  L   podemos considerar

V  L=0  y

(∆ H V ) P=(∆ H V )V + PV g ,

pero como PV g= RT    3 considerando que se cumple la ley de los gases

perfectos, nos queda2

(∆ H V ) P=(∆ H V )V + RT …(2)

4asta ahora hemos considerado una nica presión sobre el líquido, la del

vapor, pero si el líquido est sometido a una presión e*terna adicional la

presión de vapor variar.

E#ua#ión de #"ausius & #"ape'ron

Esta ecuación establece la relación entre la variación de la presión y la

temperatura2

dP

dT  =

∆ H V 

TV   …(3)

ComoV =V g−V  L , tenemos2

dP

dT  =

  ∆ H V 

T (V g−V  L)… (4)

#anto∆ H V  ,

V g  comoV  L  estn referidas a un mol.

/i la temperatura no est pró*ima al valor crítico el volumenV  L≪V g  y se

puede despreciarV  L frente a

V g . "or tanto2

dP

dT  =

∆ H V 

T V g…(5)

!onde2

 P 2 "resión ("a)

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∆ H V  2 Calor de vaporización

V g , V  L 2 5olumen molar de fases vapor y liquida en equilibrio.

/i nos movemos le0os del punto crítico se puede muy bien introducir la

ecuación de los gases perfectos PV V = RT 

, quedando2

dP

dT  =

∆ H V  P

 R T 2

  … (6)

"ero sabemos que2

dP

dT  =

 Pd ln P

dT   … (7)

/i igualamos las ecuaciones (6)  y (7) 2

 Pd ln P

dT   =

 ∆ H V  P

 R T 2

  …(8)

6ntegrando esta ecuación entre  P(atm) , T ( K )   y  P=1atm .  T =T b   ,

obtenemos2

ln P=−∆ H V 

 R   [ 1T  −

 1

T b ]…(9)

ln P=−∆ H V 

 RT   +cte…(10)

Re("a de Trouon

Esta regla dice que el cociente entre el calor de vaporización y su temperatura

absoluta de ebullición a la presión atmosfrica (78& mm4g) es constante y vale

9% cal:.

"ara % mol2

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∆ SV =∆ H V 

T b=21cal / K 

E*isten dos tipos de sustancias que se desvían del valor de entropía (9% cal:)2

%) / ; 9% calgrado, para líquidos asociados por enlaces de hidrógeno, agua,

alcohol ... En este caso la asociación de las molculas en fase líquida es

mucho mayor que en fase gaseosa.

9) /< 9% calgrado, en cidos donde la asociación molecular e*iste en fase

gaseosa.

En los hidrocarburos, teres y otros componentes donde no hay asociacionesmoleculares ni en la fase líquida ni en la fase gaseosa, se cumple bastante bien

la regla de #routon.

FUNDAMENTO E)PERIMENTA*

A+& EUIPOS - MATERIA*ES

"isceta y agua =omba de vacio #ermómetro

edidor de presión edidor de temperatura digital matraz esfrico

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Equipo armado para la e*perimentación

B+& PROCEDIMIENTO E)PERIMENTA*

•  1rmamos el equipo en donde se realizara la e*perimentación> el equipo

consiste en una bomba de vacio, frasco de tres entradas, medidor de

presión, medidor de temperatura, entre otros.

• "reparamos el ba?o a %& @C, al agua de grifo le agregamos hielo de la

refrigeradora hasta llegar a la temperatura deseada.

• /e revisa el equipo, tratando de que no halla entrada para el aire ya que

la e*perimentación se realizara en vacio.

•  1gregamos A& ml de agua en el frasco de tres entradas, en donde en

una va el sensor de presión, el otro el sensor de temperatura, y el otro

conectado para sacar el aire del frasco.

• Bna vez preparado todo empezamos a tomar mediciones de la presión

de vapor de agua a medida que le aumentamos de temperatura.

• "ara calentar subir la temperatura vamos calentando agua con el

mechero y cada cierto tiempo agregamos el agua caliente, tratando que

suba A @C y tomar datos de la presión de vapor del agua.

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• #erminamos de tomar los datos y luego con estos se realizaran los

clculos respectivos y el anlisis para la obtención del calor de

vaporización.

C+& RE.ISTRO DE MEDICIONES

-os datos medidos los hemos reunidos en una tabla.

#1=-1 %

Presión /Pa0 1234526 721 4526 7354526 3614526 8274526 8374526 9284526

Te:peraura/;C0

.9 %D.9 %.9 9D.9 9.9 D.9 .9

Fbservación2

− -a presión atmosfrica es2 %&% h"a.

D+& CA*CU*OS

Con los datos medidos en la tabla %, formamos otra tabla de tal forma que

podamos hacer uso de la ecuación (10) > asi tenemos2

#1=-1 9

ln P 52+163 52+827 52+959 52+<83 55+22= 55+2<< 55+583

1/T ( K −1) &.&&AD &.&&DG &.&&D9 &.&&8 &.&&&

&.&&98 &.&&9

-a ecuación(10)

 esta dada por2

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ln P=−∆ H V 

 R

1

T  +C 

En donde observamos que si graficamos la pendiente ser2

 pendiente=m=−∆ H V 

 R

Entonces de la grafica en !ata /tudio obtenemos2

m=−2410

-uego si2

m=−∆ H V 

 R

Entonces2

∆ H V =−m. R

Heemplazando nuestros datos2

∆ H V =−(−2410 K × 8.314J mol−1

 K −1

×  1kJ 

1000 J  )

Iinalmente2

∆ H V =19 .97398537 kJ mol−1

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E+& .RAFICAS

-a grafica de la tabla 9, es la siguiente2

-a grafica nos muestra la relación entre ln P  vs

1

T   y era la esperada lo

cual nos muestra el comportamiento del vapor de agua segn la ecuación de

clausius J Clapeyron.

F+& ANA*ISIS DE RESU*TADOS

"ara comenzar debemos citar la importancia que el sistema, en este caso el

bulbo de tres entradas con el volumen de agua analizado debe estar aislado de

la interferencia del aire, ya que se debe realizar en el vacio.

 1simismo 0ustificamos la obtención no tan e*acta del clculo e*perimental al

clculo teórico> pensando que el equipo armado para esta practica no es el

indicado ya que sus mrgenes de error pueden producir errores importantes y

por ende no llegaríamos a los resultados requeridos. "or lo tanto tendríamos

que utilizar instrumentos mucho ms precisos y evitar así los porcenta0es de

error elevados.

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CONC*USIONES

 

/e pudo observar que a medida que la temperatura disminuye, la presión

de vapor de un líquido tambin disminuye, es decir, e*iste una relación

directa entre el cambio de la temperatura y el cambio en la presión de vapor 

del agua.

 

/i los datos obtenidos al representarlos en una grfica de %# vs. -n "

quedan bien representados por una línea recta de pendiente negativa, se

dice que cumplen la ecuación de Clausius+Clapeyron.

•  1 partir de la ecuación de Clausius+Clapeyron se puede calcular el calor de

vaporización de un líquido mediante la ecuación2

m=−∆ H V 

 R

• En el desarrollo de la prctica en el laboratorio es importante aislar nuestro

sistema de la interferencia del aire ya que la e*perimentación se debe

realizar en el vacío.

BIB*IO.RAF>A

 

Chang H. KIisicoquímicaL> tercera edición.

•  1tMins ".N. KIisicoquímicaL 1ddison + Nesley 6beroamericana. *ico,

%%.

• C1/#E--1O, Pilbert N. Iisicoquímica, segunda edición. *ico2 Iondo

Educativo 6nteramericano /.1., %7D.

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