Entalpía de vaporización del Iodo

Objetivo

El objetivo del trabajo práctico es calcular un cambio de entalpía a partir de datos de constante de equilibrio. Los datos experimentales se complementan con valores de entropía obtenidos a partir de datos bibliográficos o calculados por métodos estadísticos.

Introducción

La ecuación de Clausius Clapeyron (1) relaciona la variación de entalpía (HT) de un proceso con la constante de equilibrio (K) para ese proceso:

(1)

Donde R es la constante universal de los gases (1.9873 cal. mol-1.K-1).

Para el equilibrio de sublimación del iodo:

(s) (v),

La constante de equilibrio K está dada por la presión de vapor de iodo ( ) si se supone unitario el coeficiente de fugacidad del iodo gaseoso.Luego, a partir de la ecuación (1), medidas de la presión de vapor de iodo ( ) en función de la temperatura permitirían obtener la variación de entalpía para el proceso de sublimación del iodo. Sin embargo, para obtener buenos resultados con esta metodología de cálculo, las medidas de presión deben ser muy precisas y el rango de temperaturas medido muy amplio.

Otra alternativa, para calcular el H sublimación es a través de la ecuación (2):

(2)

Midiendo la presión de vapor del iodo a distintas temperaturas pueden obtenerse distintos valores de K. Con los valores experimentales de K y T, puede calcularse el

valor de si se cuenta con el dato de la variación estándar de entropía ( ). Sin

embargo, en lugar de recurrir a este dato, es más conveniente trabajar con la función de energía libre (fef) definida por la ecuación (3):

(3)

Teniendo en cuenta las ecuaciones (2) y (3) puede demostrarse que:

(4)

donde T es la temperatura del experimento y T´ es la temperatura de referencia ( 298K).

El valor de para el iodo sólido a 300 K es : -27.90 cal.K-1.mol-1 y para iodo

vapor es de –62.34 cal.K-1. mol-1.

Parte experimental

Se colocan unos cristales de iodo sólido en una celda de absorción con tapa (que permita un buen cierre hermético). Se coloca la celda con iodo en el portaceldas de un espectrofotómetro UV-visible termostatizable. Una vez que se establece el equilibrio sólido-vapor, se registra la absorbancia a 520 nm contra un blanco (celda sin iodo) y la temperatura con una precisión de 0.1C. La temperatura se varía entre 20 y 45 C, preferentemente en intervalos de 4 a 6 C.

Tratamiento de datos.

Las medidas de absorbancia se convierten en presión de iodo usando la ley de Beer:

(5)

Donde L es el paso óptico en cm, es el coeficiente de absorción en unidades de l.mol-1.cm-1 y n es el número de moles de material absorbente por litro. Para I2 a 310 K y 520 nm, = 7.3.102 l. mol-1. cm-1

Suponiendo comportamiento ideal del vapor de iodo, la presión de vapor de iodo (P) puede relacionarse con la absorbancia medida (de la fase vapor en equilibrio con el sólido), según la ecuación (6):

(6)

Donde R´= 0.082 atm. l. K-1.mol-1

El valor de P se sustituye luego en la ecuación (4) y puede calcularse el valor de HT´ , empleando valores de bibliografía para el término entre corchetes. Una alternativa de cálculo para el término entre corchetes, usando termodinámica estadística, puede consultarse en las referencias bibliográficas 1 y 2.

Bibliografía

1. Fred E. Stafford, Heat of Vaporization of I2 Using Absolute Entropy Data, J. Chem. Educ., 1963, 40, 5, 249-251.

2. Ronald M. Harris, Standard Entropy of Cristalline Iodine from Vapor Pressure Measurements, J. Chem. Educ., 1978, 55, 11, 745-747.