Ostoa Hernández Miguel Angel Sánchez Maldonado Ricardo

Martes 8:00-11:00 hrs Laboratorio:

EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

I. Objetivo general

Comprender e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ecuación de Clausius-Clapeyron, para aplicarlas en la determinación de la entalpía de vaporización de una sustancia.

II. Objetivos particulares

a) Determinar valores de presión de vapor del agua a distintas temperaturas, para representar y describir la relación que se presenta entre ambas variables.

b) Calcular la entalpia de vaporización del agua a partir de los datos experimentales y obtener los parámetros de la ecuación de Clausius-Clapeyron.

c) Diagrama de Flujo

III. Algoritmo de cálculo Determinación del volumen (mL) a cada una de las temperaturas de trabajo (K), aplicando ley de Charles. ejemplo:

Vexperimental = Volumen observado en probeta= 12,5 mL

T1= 273,15 K

T2= 340,25 K

Vaire = (12,5 mL / 273,15 K ) 340,25 K = 15,57 mL

b) determinar por diferencia, el volumen que ocupa el vapor de agua dentro de la probeta, a cada una de las siguientes temperas registradas. anotar los resultados en la tabla 1.

De la ecuación: Vtotal = Vaire + VvaporH2O

Despejamos VvaporhH2O = Vtotal – Vaire

VvaporhH2O = 22,2 mL - 15, 57 = 6,62 mL

c) calcular la presión parcial del aire y la presión de vapor de agua, a partir de los valores de fracción mol de los componentes y la presión total del sistema.

Y (aire) =

Y (aire) = (15,57 mL / 22,2 mL) = 0,6845

Y (vapor) =

Y (vapor) = (6.62 mL / 22,2 mL) = 0.298

c) calcular la presion parcial del aire y la presion de vapor del agua, apartir de los valores de fraccion mol de los componentes y de la presion total del sistema.

asumiendo que naire=PV/RT

PAtmosferica= 577mmHg

V=13mL

T= 0ºC

naire=(0.759atm)(0.013mL)/(0.083 L*atm/mol*K)(273.15)= 4.34X10 -4 mol de aire

entonces podemos considerar a la presión parcial del aire como:

P parcial aire= naireRT/V

Pparcial aire= ( 4.34X10 -4 mol de aire)(0.083atm*L/mol* K)(323,65K) / (0.0185L) = 0.6301atm

Pvap de H2O = Patm + (Densidad*gravedad*altura) - Paire

Pvap de H2O= (0.759atm)+ (1000Kg/m3)(9.81m/s2)(0.010m3 )- 0.6301atm

Pvap de H2O= 0.129 atm

T1 / (K1) = 1 / 340,25 K

Ln Pvap = Ln ( 5,21)

TABLA 1. Datos experimentales y calculados. Presión atmosférica: 580.54 mHg

Evento t/(°C) Vexp (mL)

t(K) Vaire

calculado (mL)

Vvapor calculado/ (mL)

Y (aire)

Y(Vapor)

Pparcialaire/ (mmHg)

Pvapagua (mmHg)

T°/(K°) *x10^(3)

ln Pvap

1 67.1 22.2 340.25 15.1969 7.0031 0.6845 0.3154 397.3796 183.1023 2.9390 5.2100

2 66.7 22 339.85 15.1790 6.821 0.6899 0.3100 400.5155 179.9674 2.9424 5.1927

3 66.6 21.8 339.75 15.1746 6.6254 0.6960 0.3040 404.0558 176.4841 2.9433 5.1732

4 66.4 21.6 339.55 15.1656 6.4344 0.7021 0.2979 407.5971 172.9428 2.9450 5.1529

5 66.3 21.4 339.45 15.1612 6.2388 0.7084 0.2916 411.2545 169.2854 2.9459 5.1315

6 66.1 21.2 339.25 15.1522 6.0478 0.7147 0.2853 414.9119 165.6280 2.9476 5.1097

7 65.6 21 338.75 15.1299 5.8701 0.7204 0.2796 418.2210 162.3189 2.9520 5.0895

8 65.4 20.8 338.55 15.1210 5.679 0.7269 0.2731 421.9945 158.5454 2.9537 5.0660

9 65 20.6 338.15 15.1031 5.4969 0.7331 0.2669 425.5938 154.9401 2.9572 5.0430

10 64.4 20.4 337.55 15.0763 5.3237 0.7390 0.2610 429.0190 151.5200 2.9625 5.0207

11 63.4 20.2 336.55 15.0317 5.1683 0.7441 0.2559 431.9798 148.2699 2.9713 4.9990

12 63 20 336.15 15.0138 4.9862 0.7506 0.2494 435.7533 144.7866 2.9748 4.9752

13 62.6 19.8 335.75 14.9959 4.8041 0.7573 0.2426 439.6429 140.8390 2.9784 4.9476

14 61.5 19.6 334.65 14.9468 4.6532 0.7625 0.2374 442.6617 137.8201 2.9881 4.9259

15 0 12.2 273.15 12.2 0 1 0 580.54 0 3.6609 0

Gráficas

Gráfica 1. Presión de vapor en función de la temperatura

130 140 150 160 170 180 190331332333334335336337338339340341

Presión de vapor en función de la temperatura

LiteraturaExperimental

Pv apagua (mmHg)

Tem

pera

tura

(K)

Gráfica 2. Logaritmo natural del volumen en función del inverso de la temperatura

1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 20.00291

0.00292

0.00293

0.00294

0.00295

0.00296

0.00297

0.00298

0.00299

0.003

f(x) = − 0.000112690605678921 x + 0.00315442754997382

Logaritmo natural del volumen en función del inverso de la temperatura

Ln Vvapor calculado/

(mL)

1/Te

mp

(K)

Análisis de resultados

El experimento se realizó sin ninguna eventualidad. Durante el mismo, se sabe que los gases que se encontraban confinados en la parte superior de la probeta cuando el sistema estaba entre 30°C y 70°C eran vapor de agua y aire. Es pertinente mencionar que mientras la presión de vapor aumenta, la del aire se reduce, para mantener la presión total constante. Ahora bien, cuando el sistema se encuentra a 0°C, el único gas que está presente es el aire, pues el vapor de agua se condensa a esa temperatura. Analizando ahora los resultados, la gráfica 1 muestra la relación que existe entre la presión de vapor y la temperatura. Se observa que mantienen una relación directamente proporcional, es decir, con un aumento de temperatura, la presión de vapor también aumenta. Observando ahora la gráfica 2, se ve que el logaritmo natural de la presión y el inverso de temperatura guardan una relación inversamente proporcional. Esto es que, para un aumento en el inverso de la temperatura, el logaritmo base e de la presión decrece. La ecuación que demuestra estos resultados es la de ClausiusClapeyron: lnP = −Δ

RH(T

1 ) + c , en donde ΔH es la entalpía de vaporización del agua. Si esta ecuación se compara con aquella de una recta, y = mx + b , resulta que la pendiente tiene el valor de −Δ

RH .Si se quiere, ahora, calcular el valor numérico

de la entalpía de vaporización, se debe multiplicar el valor de la pendiente por el factor − R. En este caso, el valor de la pendiente de la gráfica 2 es − 5805.7xK

1 y − R =− 8.314moJlK . Por lo

tanto,

ΔH = 48.2686 mkoJl . El valor teórico del mismo es 40.14 m

ko

Jl .

Calculando el % de error, se tiene

%error =|(valor teórico)v−a(lvoar ltoeró erixcpoerimental)|x100 = 8. x100 = 20.25%. Como se ve, el error es muy grande. Esto pudo deberse a varios factores, principalmente por una probable mala observación al momento de reportar los volúmenes y las temperatura. Además, se tiene que considerar que cada aparato de medición tiene una incertidumbre asociada, que en este caso no se tomó en cuenta y pudo haber afectado el resultado final. Conclusiones

● La presión de vapor del agua a 0°C es cero. ● La presión de vapor aumenta mientras aumenta la temperatura del sistema. ● El empleo de la ecuación de ClausiusClapeyron es un método adecuado para la

determinación del calor latente de vaporización del agua ● El valor experimental de la entalpía de vaporización del agua, 48.2686 kJmol1, difiere

en alrededor del 20% del valor teórico de la misma, 40.14 kJmol1.

Manejo de residuos

Los residuos que se utilizaron en esta práctica no son de gran riesgo, puesto que fue solamente agua de la llave y hielo, por lo que al final de la práctica se prosiguió a desecharlos al drenaje sin ningún problema de contaminación al ambiente. reflexiones. Es una práctica relativamente sencilla en el procedimiento, lo difícil fue la obtención de todos los cálculos. En esta práctica aprendimos a calcular el ΔH Vap del agua por medio de la ecuación de ClausiusClapeyron, la cual sirve para conocer el ΔH Vap de algún líquido, conociendo la presión de vapor, y la temperaturas, al cual a la hora de graficar In P vs 1/T y dividiendo la pendiente entre el valor de R podríamos conocer el valor de ΔH Vap. Para obtener nuestra temperatura y volumen 1 fue necesario bajar la temperatura del líquido a aprox. 0 ºC y con ayuda de la ecuación de charles la cual dice que V1/T1= V2/T2, para conocer el valor de nuestro volumen de aire y sabiendo que el volumen total= V aire+ V vapor de agua, también para conocer nuestra presión parcial tanto dl aire como del vapor del agua fue necesario conocer la fracción mol de cada uno de ellos y multiplicarlo por la presión total. De esta manera pudimos conocer todas nuestras incógnitas. Es importante destacar que al momento de enfriar nuestro gas este procedía a comprimirse mientras que al momento de calentarlo este procedía a expandirse. Dentro de nuestra probeta había un equilibrio liquido y vapor lo que permitía a la hora de enfriar el vapor encontrado adentro condensa y de nuevo se volviera líquido.