Curvas de Calentamiento
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LUIS VACA S. AYUDANTE 2012 ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL INSTITUTO 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. Q=mΔ
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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]
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[(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
