Universidad Nacional Autnoma de MxicoFacultad de Qumica

Laboratorio de Equilibrio y cintica

Prctica 3. Equilibrio Liquido-VaporEquipo No. 2

Carrasco Ibarra Alfredo __________

Espinoza de los Monteros Casas Rafael Jonathan__________

Lom Romero Paola_________

Grupo: 29

Profesor: Dr. Gerardo Omar Hernndez Segura

Fecha de entrega: 5/03/15

OBJETIVO GENERALComprender e interpretar el significado de las variables termodinmicas involucradas en la ecuacin de Clausius-Clapeyron, para aplicarles en la determinacin de la entalpa, de vaporizacin de una sustancia. OBJETIVOS PARTICULARESa. Determinar valores de presin de vapor del agua a distintas temperaturas, para representar y describir la relacin que se presenta entre ambas variables.b. Calcular la entalpa de vaporizacin del agua a partir de los datos experimentales y obtener los parmetros de la ecuacin de Clausius-Clapeyron.INTRODUCCIONEquilibrio lquido-vaporSi un recipiente cerrado, en el que previamente se ha hecho vaco, se llena parcialmente con una sustancia lquida A, sta se evaporar parte del contenido, (si est en cantidad suficiente para que el proceso no sea total), de modo que se alcanzar finalmente un estado de equilibrio en el que la presin reinante en el recipiente es lapresin de vaporde la sustancia a la temperatura considerada. Existen tablas en las que se pueden encontrar directamente las presiones de vapor de sustancias puras a diversas temperaturas. Tambin puede estimarse mediante frmulas empricas, como la de Antoine: estando tabulados los coeficientes A, B, y C para muchas sustancias.Presin de vaporLapresin de vapor,es lapresinde la fase gaseosa o vapor de un slido o un lquido sobre la fase lquida, para unatemperaturadeterminada, en la que la faselquiday elvapor se encuentran enequilibrio dinmico. Su valor es independiente de las cantidades de lquido y vapor presentes mientras existan ambas. Este fenmeno tambin lo presentan los slidos; cuando un slido pasa al estado gaseoso sin pasar por el estado lquido (proceso denominadosublimacino el proceso opuesto llamadodeposicin) tambin hablamos de presin de vapor. En la situacin de equilibrio, las fases reciben la denominacin delquido saturadoyvapor saturado. Esta propiedad posee una relacin inversamente proporcional con lasfuerzas de atraccin intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el mdulo de las mismas, mayor deber ser la cantidad de energa entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestacin) para vencerlas y producir el cambio de estado.

Entalpia de vaporizacinLaentalpa de vaporizacin, es la cantidad deenerganecesaria para que launidad de masa(kilogramo,mol, etc.) de unasustanciaque se encuentre enequilibriocon su propiovapora una atmsfera de presin, pase completamente del estado lquido al estadogaseoso. Se representa por , por ser unaentalpa. El valor disminuye a temperaturas crecientes, lentamente cuando se est lejos delpunto crtico, ms rpidamente al acercarse, y por encima de latemperatura crticalas fases de lquido y vapor ya no coexisten. Generalmente se determina en elpunto de ebullicinde la sustancia y se corrige para tabular el valor en condiciones normales.Ecuacin de ClapeyronEsta ecuacin es fundamental para una relacin de equilibrio entre dos fases de una sustancia pura y expresa la dependencia cuantitativa de la temperatura de equilibrio con la presin o la variacin de la presin de equilibrio con la temperatura.Considrese una sustancia pura de la cual existen en equilibrio dos de sus fases (), para la cual la condicin de equilibrio a temperatura y presin constante es: De modo que: Si se expresa en trminos dedPydTpara relacionar estos dos estados de equilibrio y se obtiene:

Si la transformacin se expresa: ,entonces: yObteniendo la ecuacin de Clapeyron:Como en el equilibrio:

La ecuacin de Clapeyron se transforma en:Que es otra forma de la ecuacin de Clapeyron. Partiendo de la ecuacin anterior y reordenando se obtiene:Ley de DaltonEstablece que la presin de una mezcla de gases, que no reaccionan qumicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercera cada uno de ellos si slo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin variar la temperatura.Donderepresentan la presin parcial de cada componente en la mezcla. Se asume que los gases no tienenreacciones qumicasentre ellos, el caso ms ideal es congases nobles.Ley de CharlesRelaciona elvolumeny latemperaturade una cierta cantidad de gas ideal, mantenida a unapresinconstante, mediante una constante de proporcionalidad directa.Dice que para una cierta cantidad de gas a una presin constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura, el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que la temperatura est directamente relacionada con laenerga cintica(debido al movimiento) de las molculas del gas. As que, para cierta cantidad de gas a una presin dada, a mayor velocidad de las molculas (temperatura), mayor volumen del gas.

Donde:= Volumen inicial= Temperatura inicial P=cte.= Volumen final= Temperatura final

Ley de AmagatLey de los volmenes parciales,establece que en una mezcla de gases, cadagasocupa suvolumencomo si los restantes gases no estuvieran presentes. Elvolumen especficode un determinado gas en una mezcla se llama volumen parcial (v). El volumen total de la mezcla se calcula simplemente sumando los volmenes parciales de todos los gases que la componen.

MATERIAL-1 vaso Berzelius- Termmetro digital- Termmetro de mercurio -Resistencia elctrica- Agitador de vidrio- Probeta graduada de 15ml- 1 lupa- 1 jeringaTOXICIDAD DE REACTIVOSAgua 0 0 0

Aspecto: Lquido transparente e incoloro. Olor: Inodoro. Punto de ebullicin: 100C Punto de fusin: 0C Presin de vapor: (20C) 23 hPa Densidad (20/4): 1,00 Solubilidad: Soluble en etanol. pH 5,0 6,5 Conductividad: 1,5-4,0 mhos/cm Dureza:Materias que deben evitarse: Metales alcalinos. Formacin de hidrgeno (riesgo de explosin) Metales alcalinotrreos en polvo. Anhdridos. cidos fuertes. (ATENCION: Se genera calor). Fsforo. Aluminio en polvoDISEO EXPERIMENTAL:

CLCULOS Y RESULTADOST (C)V (expe) (ml)T (K) V aire cal (ml)v vapor cal (ml)Y (aire)Y (vapor)Pparcial aire (mmHg)P vap (mmHg)1/T (K-1 )Ln pvap

706.5343.154.3969430722.1030569280.676452780.32354722388.9603486186.03965140.002914185.22595983

696.4342.154.3841295992.0158704010.685020250.31497975393.8866437181.11335630.002922695.19912311

67.46.3340.554.3636280431.9363719570.692639370.30736063398.2676389176.73236110.002936435.1746365

66.96.2340.054.3572213071.8427786930.702777630.29722237404.0971373170.90286270.002940745.14109534

65.56.1338.654.3392824461.7607175540.711357780.28864222409.0307223165.96927770.00295295.1118027

64.76337.854.3290316681.6709683320.721505280.27849472414.8655348160.13446520.002959895.07601387

63.65.9336.754.3149368481.5850631520.731345230.26865477420.5235064154.47649360.002969565.04004194

62.35.8335.454.2982793341.5017206660.741082640.25891736426.1225202148.87747980.002981075.00312368

61.35.7334.454.2854658611.4145341390.751836120.24816388432.3057667142.69423330.002989984.96070411

59.25.6332.354.2585575691.3414424310.760456710.23954329437.2626075137.73739250.003008884.92534892

57.75.5330.854.239337361.260662640.770788610.22921139443.2034513131.79654870.003022524.88125944

55.75.4328.854.2137104161.1862895840.780316740.21968326448.6821276126.31787240.00304094.83880153

535.3326.154.179114041.120885960.788512080.21148792453.3944477121.60555230.003066074.80078263

50.75.2323.854.1496430531.0503569470.798008280.20199172458.8547607116.14523930.003087854.75484147

48.35.1321.454.1188907190.9811092810.807625630.19237437464.384738110.6152620.00311094.70605807

45.75318.854.0855756910.9144243090.817115140.18288486469.8412045105.15879550.003136274.65547155

41.84.9314.954.0356031480.8643968520.823592480.17640752473.5656756101.43432440.003175114.61941154

38.44.8311.553.9920373420.8079626580.831674450.16832555478.212806696.787193390.003209764.57251469

03.5273.153.5

H eperimental19139.6594

H teorico40668.5

%ERROR52.93738545

Clculos T (K)=273.15+cT (K)=273.15+70 =343.15K1/T=(1/343.15)= 0.00291418 K-1

Anlisis de resultadosEn la prctica, se midieron los diferentes volmenes de vapor de agua que podra haber dentro de la bureta, para lo cual fuimos variando la temperatura y con ello varia el volumen, esto se hizo basndose en la ley de Charles que dice que si variamos la temperatura cambia el volumen, por lo que al disminuir la temperatura del sistema el volumen del vapor de agua iba a disminuir tambin, y si disminuye el volumen la presin parcial de la sustancia cambia.En la grfica de ln Pvap vs 1/T la pendiente representa el H/R, por lo que si multiplicamos ese valor por la constante de los gases obtendremos el valor de H experimental, y usando la ecuacin de clapeyron tambin podramos encontrar el valor de la entropa a diferentes temperaturas.Se observa que la burbuja confinada en la probeta es una mezcla de aire y vapor de agua, que aumenta su volumen conforme la temperatura aumenta, por ello a una temperatura cercana a 0C se considera que el nico gas contenido dentro de la probeta es el aire y basndonos en las observaciones de la grfica 1 podemos afirmarlo puesto que la presin de vapor de agua aumenta exponencialmente con la temperatura.Si comparamos la grfica de Vvap vs T, con la de Vair vs T; se puede ver que ambas tienen una pendiente positiva, entonces si se aumenta la temperatura, se aumenta el volumen de las sustancias, esto se puede explicar fcil con el uso de la ley de Charles, ya que estamos a una presin constante. Usando la ley de Dalton podemos saber que la suma de las presiones parciales, es la presin total.Comparando la grfica de Pvap vs T, con la de Pair vs T; podemos observar que las pendientes son diferentes. La primera es positiva, ya que al aumentar la temperatura el volumen del vapor de agua es ms grande y con ello tambin su presin, por lo que desplazara a la presin del aire, debido a la entalpia del vapor, porque la presin total es la suma de las presiones parciales, pero si comparamos quien ejerce ms presin dentro de la bureta es la del agua, esto es claro, ya que como se haba mencionado anteriormente la pendiente de la primer grafica es positiva y de la segunda es negativa.Las posibles fuentes de error son: falta de precisin en las mediciones de volumen existe una distorsin para observar el volumen de la probeta, debido a que estaba bajo del agua, as como la posicin del observador al momento de obtener la medida al posible gradiente de temperaturas en el vaso de Berzelius y por lo tanto la temperatura dentro del vaso de Berzelius no es homognea y el calor no pasa adecuadamente en la probeta con agua y con la burbuja de aire.

CONCLUSIONESDe acuerdo al valor terico del del agua, el agua necesita 40,7 kJ/mol de energa calorfica para que un mol de agua lquida a 100C pase a 1 mol de agua vapor a 100C, experimentalmente se puede calcular este valor mediante la ecuacin de Clausius-Clapeyron.Es posible aplicar la ecuacin de Clausius-Clapeyron para el equilibrio lquido-vapor ya que los volmenes se pueden aproximar por el modelo del gas ideal.Al determinar el valor de la presin de vapor a diferentes temperaturas se observa como su relacin es proporcional conforme la temperatura ya que al aumentar el valor de la temperatura tambin aumenta el valor de la presin de vapor.

BibliografaChang R., Fisicoqumica, 3 ed. Mxico: Mc Graw Hill, 2008, Pg. 13, 16, 180-182.Garric M., Qumica general, Espaa: Revert, 1979. Pg. 226, 227Himmelblau D. M., Principios bsico y clculos en ingeniera qumica. 6 ed. Mxico: Pearson, 2002. Pg. 307.Petrucci H., Qumica general, 8 ed. Espaa: Prentice Hall, 2003. Pg. 183, 197, 482, 483.