LUIS VACA S. AYUDANTE 2012

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORALINSTITUTO DE CIENCIAS QUIMICAS Y AMBIENTALES ICQA

QUIMICA GENERAL I (B)

CURVAS DE CALENTAMIENTO

Calor: es una forma de energía, que se manifiesta en el cambio de energía de un cuerpo Unidades de calor: Calorías (cal) o Joules (J)

Calor especifico de una sustancia: Cuando se aplica calor a una sustancia, internamente las moléculas incrementan sus movimientos (energía cinetica), lo que provoca un cambio de temperatura. A la cantidad de calor (Q) necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia es directamente proporcional a la masa y al cambio de temperatura.

La constante c se conoce como calor especifico el cual es único para cada sustancia y nos indica la configuración que tienen los enlaces intermoleculares. Es decir cuanta cantidad de calor se necesita para aumentar el movimiento de las moléculas.

Calor latente (ΔH): Es el calor necesario para que un cuerpo cambie de fase o de estado, sin variar la temperatura. Las temperaturas a las cuales ocurren los cambios de fase son los puntos de fusión o congelación, y de ebullición o vaporización, solo en estos casos donde se cambie de estado se emplea este calor.

Curvas de calentamiento: son las representaciones de cuanto calor se necesita para que varíe la temperatura de un cuerpo, manteniendo su masa constante.

Ejemplo 1:Calcule el cambio de entalpía para convertir un mol de hielo de -50 °C en vapor de agua a 150 °C bajo una presión constante de 1 atm. Los datos para el problema tomar de la tabla proporcionada, ver:

Q=mΔH

LUIS VACA S. AYUDANTE 2012

Gráfica: Curva de calentamiento:

Ejemplo 2:Calcular el calor (en Joule) que se requiere para convertir 75,0 g de etanol en estado sólido a -120ºC a fase de vapor a 78ºC. Con los datos presentados y los cambios de entalpía para cada proceso construya la curva de calentamiento del etanol.

LUIS VACA S. AYUDANTE 2012

Características Físico Químicas del etanol (UN MOL DE ETANOL = 46,07 g)Punto de fusión -114ºC Punto de ebullición 78ºC

Entalpía de fusión 5,02 kJ / mol Entalpía de vaporización 38,56 kJ / molCalor especifico del etanol sólido 0,97 J / g - K Calor especifico del etanol líquido 2,3 J / g - K

Curva de calentamiento CálculosCalentamiento del sólido:

H= masa x calor específico x TH= 436,5 J

Fusión del sólido:Hf= masa x calor latente fusión

Hf= 8,17 kJ

Calentamiento del líquido:H= masa x calor especifico x T

H= 33,12 kJ

Vaporización del líquido:Hv = masa x calor latente vaporización

Hv= 62,77 kJTotal de la energía requerida:

H total= 105 kJ

PRESION DE VAPOR Y TEMPERATURA: ECUACION DE CLAUSIUS CLAPEYRON, POR GRAFICAS Y ADAPTADA

Presión de vapor: Presión en la cual el estado líquido y solido de una sustancia se encuentra en equilibrio dinámico, es la presión que ejerce la fase vapor sobre la liquida mientras se genera un cambio de vaporización.

LUIS VACA S. AYUDANTE 2012

Curvas de Presión Vs Temperatura: nos pueden ayudar a definir punto de ebullición de las sustancias a Presión contante de 1 atm.

Para analizar el calor de vaporización de una sustancia, podemos ayudarnos, de las presiones de vapor y temperaturas respectivas después de hacer cambios en las variables para linealizar las curvas, para ellos aplicamos la ecuación de Clausius Clapeyron.

Ecuación de Clausius Clapeyron

ln Pvapor=−∆ HvapR ( 1T )+C

Dónde: P vapor= Presión de vapor; R= 8,31 J/mol-K; T= Temperatura en Kelvin; ΔH vap= Calor latente de vaporización

Para graficar:Transformar datos:P vapor (no importa las unidades de presión) → ln P vapor (no tiene unidades)

T (C) → T (K) → 1/T (1/K)

pendiente→m=−∆ HvapR

Despejamos el ΔH vap

Ecuación adaptada: Se emplea para 2 presiones de vapor y 2 temperaturas.

LUIS VACA S. AYUDANTE 2012

ln (P2P1 )=∆HvapR ( 1T 1− 1T 2 )

Ejercicio 1:En tabla #1 se presenta la variación, para 9 datos experimentales, la presión de vapor del agua en mmHg con la temperatura en grados centígrados. Su tarea es graficar dicha dependencia en las coordenadas y determinar gráficamente la temperatura a la bulliría el agua en una ciudad con un presión atmosférica igual a 466 mmHg.

LUIS VACA S. AYUDANTE 2012

Presión de vapor = a 466 mmHg a 86°C.

Ejercicio 2:A continuación se muestran cinco mediciones de presión de vapor para el Mercurio a distintas temperaturas. Determine mediante un gráfico el calor molar de vaporización del Mercurio.

LUIS VACA S. AYUDANTE 2012

Grafica LnP vs 1/T

ΔHvap = 60.1 kJ/mol

Ejercicio 3:Calcular la presión de vapor de agua a 85⁰C. El punto normal de ebullición del agua es 100⁰C y su calor de vaporización es 40.7 kJ / mol. Datos: R = 8.31 J / (K - mol).

T1 = (100 + 273.15) K = 373.15K; P1 = 760 mmHg; T1 = (85 + 273.15) K = 358.15 K; P2 = INCOGNITA

Ln (P1/P2) = (∆Hv / R) x [1/T2 – 1/T1] = [(40.7 x 10+3 J/mol) / (8.31 J (K - mol)] x [(T1 – T2) / T1 x T2]

LUIS VACA S. AYUDANTE 2012

[(T1 – T2) / T1 x T2] = [(373.15 – 358.15) K / (373K x 358K)]

Ln (P1/P2) = (∆Hv / R) x [(T1 – T2) / T1 x T2] = 0,550

Ln (P1/P2) = Ln (760 / P2) = 0,550

P2 = 439 mmHg