Instituto Politcnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniera Qumica e Industrias ExtractivasLaboratorio de Termodinmica del Equilibrio de FasesPRCTICAS DEL LABORATORIO DE TERMODINAMICA DEL EQUILIBRIO DE FASES.

PRCTICA N 1

EQUILIBRIO ENTRE FASES PARA UNA SUSTANCIA PURA

GRUPO: 2IM07

PROFESOR: RODOLFO DE LA ROSA RIVERA

INTEGRANTES DEL EQUIPO

SANTOS GARCA ALAN

JAVIER ZARAGOZA LVAREZ

JONATHAN FLORES PEREZ

PRACTICA No. 1

EQUILIBRIO ENTRE FASES PARA UNA SUSTANCIA PURA

Objetivos:1.- Medir la presin de vapor de un lquido a diferentes temperaturas o medir la temperatura de ebullicin de un lquido a diferentes presiones.2.- Observar que los datos experimentales se ajustan a la ecuacin de Clausius-Clapeyron.3.- Usando la ecuacin de Clapeyron, determinar el calor latente de vaporizacin de la sustancia estudiada y compararlo con el valor bibliogrfico.4.- Comparar en forma grfica los datos experimentales con los bibliogrficos.

PROCEDIMIENTO

CONSIDERACIONES TERICASEVAPORACIN Los trminosevaporacinovaporizacinse aplican al paso del estado lquido al estado gaseoso. Cuando el fenmeno se produce nicamente en la superficie de la masa lquida se designa comoevaporacin. Si el paso a vapor tiene lugar afectando toda la masa lquida se denominavaporizacinoebullicin.La vaporizacin y la evaporacin son dos fenmenos endotrmicos. El caudal del lquido vaporizado se incrementa al aumentar la superficie libre del lquido. Generalmente no se distingue entre evaporacin y vaporizacin, definindose simplemente la evaporacin como el proceso mediante el cual una fase lquida se transforma en vapor. Cuando un lquido llena parcialmente un recipiente cerrado, las molculas que abandonan el estado lquido ocupan el espacio libre hasta saturar el recinto, produciendo una presin determinada que se denominapresin de vapor. Cada lquido tiene una presin de vapor caracterstica que depende de la temperatura.

Cuando la presin de vapor, que aumenta al incrementar la temperatura, se iguala a la presin del entorno, normalmente la presin atmosfrica, se produce la ebullicin del lquido.

Hay lquidos cuya evaporacin a condiciones ambientales es instantnea, otros lquidos tienen tiempos de evaporacin variable y algunos otros con tiempos de evaporacin muy grandes.RELACIN ENTRE PRESIN DE VAPOR Y TEMPERATURALa temperatura de un lquido es una medida de la cantidad promedio de energa que poseen las molculas en ese lquido. Cualquier molcula individual puede poseer significativamente menos energa que el promedio, o significativamente ms. Algunas de estas molculas altamente energticas pueden escapar del lquido al aire. Esto es el por qu un lquido se evapora incluso si est muy por debajo de su punto de ebullicin.

Si se calienta el lquido en un ambiente cerrado, esas molculas altamente energticas queescapandel lquido no estn libres para moverse, sino que estn atrapadas en el espacio confinado sobre la superficie del lquido. Algunas de ellas reingresan a la fase lquida, mientras que otras escapan simultneamente de ella. Las molculas en la fase de vapor ejercen una presin sobre los lados del contenedor. sta es la presin de vapor.

Un lquido que se mantiene una temperatura fija debajo de su punto de ebullicin puede llegar a un equilibrio en el que el nmero de molculas que escapan sea igual al nmero de las que reingresan a la fase lquida. Si la temperatura es baja, el nmero de molculas en la fase de vapor sobre la superficie ser menor cuando este equilibrio se establezca. A una mayor temperatura, existen ms molculas en la fase de vapor en equilibrio. La presin de vapor incrementa segn se incrementa la temperatura.

La regla de fases establece que la presin del vapor de un lquido puro es funcin nica de la temperatura de saturacin. CURVA DE PRESIN DE VAPOR Cuando se mide la temperatura de ebullicin de un lquido a diferentes presiones; al graficar P vs T, la grfica resultante se llama curva d presin de vapor o de vaporizacin.

En un diagrama de fases es la curva que corresponde a la lnea que divide la regin en que la sustancia se encuentra como lquido a la regin en la que la sustancia existe como vapor.

REPRESENTACIN MATEMTICA DE LA CURVA DE PRESIN DE VAPOR Entalpa de vaporizacin

La entalpa de vaporizacin (antiguamente llamada 'calor latente' de vaporizacin) mide la cantidad de energa que ha de aportarse para pasar la unidad de masa del estado lquido al gaseoso a una cierta presin, y su temperatura correspondiente, constantes.En los cambios de fase de las sustancias puras, la Termodinmica ensea que la temperatura y la presin estn ligadas (en el diagrama P-T es una curva) y que la pendiente de dicha curva est ligada con la diferencia de energas y de volmenes de ambas fases coexistentes, lo cual fue deducido por Clapeyron.Clausius introdujo una modificacin de la ecuacin de Clapeyron con el fin de mejorar la versatilidad de la expresin, para lo cual realizo ciertas consideraciones.

La ecuacin de Clausius - Clapeyron relaciona la dependencia de la temperatura y la presin de vapor de un lquido con el calor de vaporizacin.

Tabla de datos experimentales

Experi-mentoTemperaturaPresinLn P1/T

T(C)T(K)Manomtrica

(H)mmHgAbsoluta

(P)=Patm-H

1563294701154.74490.00303

2593324511344.89780.00301

3633364201655.10590.00297

4653383961895.24170.00295

5683413752105.34710.00293

6713443362495.51740.00290

7733463022835.64540.00289

8763492753105.73650.00286

9783512513345.81110.00284

10

803532203655.89980.00283

11823551863995.98890.00281

12833561654206.04020.00280

1386359934926.19840.00278

1488361515346.31710.00277

1589362285576.32250.00276

169136405856.37160.00274

CLCULOS Y GRFICAS HECHOS EN MATHCAD

Curva de presin de vapor

Clculo del calor de vaporizacin usando la ecuacin de Clausius Clapeyron y la ecuacin de curva de vaporizacin como recta.

Ajuste los datos experimentales a la ecuacin de Antoine

TAREA

1.- Obtenga de la bibliografa las constantes de la curva de presin de vapor para el agua de la ecuacin de Antoine y determine el calor latente de vaporizacin a dos temperaturas diferentes dentro del intervalo de validez.

ABCIntervalo de temperatura

16.38723885.7230.1700-200

SON IGUALES LAS Delta H? NO2.- Haga lo mismo pero utilizando la ecuacin de WagnerABCDIntervalo de temperatura

-8.16927-9.43213-8.100407.850-200

t=0.4902

t=0.4346

3.- Problema: Si se tiene acetona a 4 atm y 120C. En qu fase se encuentra?R= Dadas las condiciones que nos dan y observando en un diagrama de fases observamos que estos datos se encuentran debajo de la curva de sublimacin y por lo tanto podemos decir que esta se encuentra en fase gaseosa.CONCLUSIN

Durante el desarrollo de la prctica se tomaron lecturas de la temperatura de ebullicin del agua a diferentes presiones, cumpliendo as con el primer objetivo de la prctica, adems que esto nos llev a comprobar el concepto de presin de vapor, dado que la temperatura vario proporcionalmente con la presin obtenida; por otro lado al graficar dichos valores, se pudo obtener la curva de presin de vapor del agua por ende podemos decir que el experimente fue llevado a acabo de manera satisfactoria.

A partir de la ecuacin de Clausius-Clapeyron, se determin el calor latente de vaporizacin, a pesar que el porcentaje de error con respecto al bibliogrfico no es relativamente alto, esto nos indica que dicha ecuacin es imperfecta, esto debido a que para establecer dicha ecuacin se hicieron ciertas consideracin, como que el son constantes, pero, termodinmicamente sabemos que esto no es cierto, ya que existe un cambio de temperatura, sin embargo a pesar de esto la ecuacin es muy cercana a lo que buscamos.

Por otra parte los datos obtenidos a partir de la ecuacin de Antoine y el clculo de sus constantes, muy cercanos a los obtenidos por la ecuacin de Clausius-Clapeyron.En general los objetivos de la prctica fueron cumplidos, esto puede observarse al comparar las grficas tericas vs experimentales y los valores obtenidos de calor latente de vaporizacin.

BibliografaIntroduccin a la Termodinmica en Ingeniera Qumica, J. M. Smith H. C. Van Ness M. M: Abbott

b).- Cierre el sistema del exterior por medio de la vlvula V1 de conexin al exterior y coloque el portatermmetro T.

d).- Apague la bomba de vaco, cierre la vlvula V2 y asegrese que no haya fugas de vaco.

a).- Ponga en el recipiente D el lquido de estudio.

c).- Encienda la bomba de vaco B observando por medio del manmetro diferencial M que la presin dentro del recipiente disminuye.

f).- Encienda la parrilla de calentamiento y agitacin magntica P, ajuste la velocidad de agitacin y el calor de tal forma que el lquido hierva en forma suave.

e).- Encienda la bomba de vaco, abra V2 y cuando se alcance una presin absoluta entre 20-25 mm de Hg abra ligueramente V1 de tal manera que la presin se mantenga constante.

i).- Abra otro poco la vlvula y proceda as sucesivamente, tome varios pares de datos hasta lograr la temperatura de ebullicin del lquido a presin ambiente.

g).- Observe continuamente la lectura del termmetro, cuide que el lquido se mantenga en ebullicin lenta, cuando la temperatura alcance un valor constante, tome su lectura y simultneamente la de la presin: ste es el primer par de datos.

h).- Abra ligeramente la vlvula V1, observar que la presin aumenta y que el lquido deja de hervir; espere a que hierva nuevamente y que la temperatura se mantenga constante para tomar el segundo par de datos. Si fuera necesario de ms calor.