calor de vaporizacion
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7/18/2019 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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