Informe n7 Calor de Vaporizacion

8/16/2019 Informe n7 Calor de Vaporizacion

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CALOR DE VAPORIZACION – SEMANA 9 1


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I. INTRODUCCION

En el presente informe se pretende conocer la entalpia de vaporización delíquidos puros a diferentes temperaturas modificando la presión del sistemasiguiendo el método establecido en el cual se mide la presión una vez setenga una temperatura constante según el intervalo de tiempo establecido acriterio.

La entalpia de vaporización la podremos hallar mediante la pendiente de la

gráfica LnP vs !" en la cual nuestra presión utilizada será la presión de vapor del líquido puro.

"anto la presión de vapor como la presión de vapor saturado entalpia devaporización son conceptos que tenemos que tener en cuenta para poder comprender el fenómeno que se da en la e#periencia a realizar en la cual ha$dos fases en equilibrio.

Es aquí donde podremos conocer $ utilizar un concepto que nos a$udará enla determinación de la entalpia de vaporización% la ecuación de &lausius'&lape$ron.

II. COMPETENCIAS

(allar la entalpia de vaporización de líquidos puros% comparando con los

valores teóricos de las tablas.

(allar la capacidad calorífica del sistema que usaremos para el cálculo

de la entalpia de evaporación del líquido.



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III. MARCO TEORICO

Evaporación y presión de vapor

La energía cinética de las moléculas de un líquido está cambiandocontinuamente a medida que chocan con otras moléculas. En cualquier instante% algunas de las moléculas de la superficie adquieren la suficienteenergía para superar las fuerzas atractivas $ escapan a la fase gaseosaocurriendo la evaporación. La velocidad de evaporación aumenta a medidaque se eleva la temperatura del líquido.

)i el líquido se encuentra en un recipiente cerrado% las moléculas del vapor quedarán confinadas en las vecindades del líquido% $ durante el transcurso desu movimiento desordenado algunas de ellas pueden regresar de nuevo a lafase líquida. *l principio% la velocidad de condensación de las moléculas eslenta puesto que ha$ pocas moléculas en el vapor. )in embargo% al aumentar la velocidad de evaporación% también aumenta la velocidad de condensaciónhasta que el sistema alcanza un estado en el que ambas velocidades soniguales.

Evaporación de un líquido en un recipiente cerrado

En este estado de equilibrio dinámico% la concentración de las moléculas en elvapor es constante $ por lo tanto también es constante la presión. La presióne+ercida por el vapor cuando se encuentra en equilibrio con el líquido% a unadeterminada temperatura% se denomina presión de vapor $ su valor aumentaal aumentar la temperatura.

Temperatura de eu!!ición

La temperatura de ebullición es aquella a la cual la presión de vapor del

líquido es igual a la presión e#terna. En este punto% el vapor no solamenteproviene de la superficie sino que también se forma en el interior del líquido



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produciendo burbu+as $ turbulencia que es característica de la ebullición. Latemperatura de ebullición permanece constante hasta que todo el líquido seha$a evaporado.

El punto de ebullición que se mide cuando la presión e#terna es de atm sedenomina temperatura normal de ebullición $ se sobreentiende que losvalores que aparecen en las tablas son puntos normales de ebullición.

Temperatura critica

"emperatura sobre la cual un gas no puede ser licuado solo con presión. *esta temperatura% no ha$ distinción entre líquido $ vapor% teniendo ambos lamisma densidad $ constitu$endo un sistema homogéneo.

Presión de vapor

,esulta cuando la energía de atracción entre las moléculas e#cede al valor desu propia energía cinética de traslación. &uando un líquido se evapora en unespacio de dimensiones limitadas% pronto las moléculas del vapor seencuentran en todos los sitios del espacio libre% mientras la evaporaciónprosiga% aumentara el número de moléculas en estado gaseoso% lo cual

originara un aumento de la presión e+ercida por el vapor. Entonces concluimosque% cuando un líquido se evapora en un espacio limitado intervienen dosprocesos opuestos% el proceso de evaporación $ el proceso de condensación.

La velocidad de condensación va en aumento según proceda la velocidad deevaporación $ aumenta consiguientemente la presión de vapor.

Presión de vapor saturado

El vapor que se encuentra en equilibrio con su líquido se llama vapor saturado. La presión del vapor saturado de un líquido tiene para cadatemperatura un valor fi+o. -ndependientemente del volumen que se le ofrece alvapor. La presión del vapor saturado depende esencialmente de latemperatura.

Enta!pia de vapori"ación

Para pasar de la fase liquida a la fase de vapor se necesita una absorción deenergía por parte de las moléculas liquidas% $a que la energía total de estas



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últimas es menor que la de las moléculas gaseosas. En el caso contrario% enla condensación% se produce un desprendimiento energético en forma decalor. El calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar sutemperatura se denomina calor de vaporización. )e suele denominar calor latente de vaporización cuando nos referíamos a un mol.

&ompuesto

&alor de vaporización/ mol'

(01 2cidoacéticoEtanol(e#ano

34.5 a 056 3.5 a 67 34.8 a 68 6.7 a 63

"abla9 valor del calor de vaporización para algunos líquidos.

La temperatura más alta hasta la cual se puede medir la presión de vapor de

un líquido es la temperatura crítica% desde que el líquido no puede e#istir más

arriba de esta temperatura .El límite más ba+o es el punto de congelación del

líquido.

&lape$ron en :63 fue quien obtuvo primero la ecuación termodinámica que

relaciona la presión de vapor de una sustancia con la variación de la

temperatura.

"eniendo un sistema que este en equilibrio entre dos fases α y β % de una

sustancia pura es

μα (T , p )= μ β (T , p )… … … .(1)



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)i conociésemos las formas analíticas de las funciones μα , μ β % sería

posible% al menos en principio resolver la ecuación ;< para

T =f ( p ) o bien p=g (T ) … … …(2)

)i las funciones μα , μ β no se conocen en detalle% es posible% no obstante%

obtener un valor para la derivada de la temperatura respecto a la presión.

&onsidérese el equilibrio entre las fases α y β con una presión p% la

temperatura de equilibrio es ". Entonces% a " $ p% tenemos

μα (T , p )= μ β (T , p )

)i la presión se cambia hasta un valor de p+dp % la temperatura de

equilibrio será T +dT $ el valor de cada μ cambiará a μ+dμ . Por lo

tanto% a T +dT , p+dp la condición de equilibrio es

μα (T , p )+d μα = μ β (T , p )+d μ β … … … .(3)

,estando la ecuación ;< de la ecuación ;6< obtenemos

d μα =d μ β … … … .(4)

E#presamosdμ

e#plícitamente en términos dedp y dT

% aplicando laecuación fundamental

d μα =−Ś dT + V́ dpd μ β=−Ś dT + V́ dp ……….(5)

Empleando las ecuación ;8< en la ecuación ;3< obtenemos

− Śα dT + V́ α dp=− Ś β dT + V́ β dp

,elacionando% resulta



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( Ś β− ́Sα ) dT =( V́ β− V́ α )d p … … …..(6)

)i la trasformación se e#presa α → β % entonces ∆ S=Ś β−Śα % $

∆ V =V́ β−V́ α % $ la ecuación ;=< se trasforma en

dT

dp=

∆ V

∆ S obien

dp

dT =

∆ S

∆V

&ualquiera de las dos ecuaciones se denomina ecuación de &lape$ron.

La ecuación de &lape$ron es fundamental para cualquier análisis del

equilibrio entre dos fases de una sustancia pura. > e#presa la dependencia

cuantitativa de la temperatura de equilibrio con la presión% o la variación de la

presión de equilibrio con la temperatura. )u aplicación en la trasformación de

liquido→gas da como resultado.

∆ S=Śgas− Śliquido=∆ H

vapT es+ para todas las sustancias

∆ V =V́ gas−V́ liquido+ para todas las sustancias

y en consecuencia dp

dT =

∆ S

∆ V es+ para todas las sustancias

-ntegración de la ecuación de &lape$ron en el equilibrio de fase condensada'

gas

Para el equilibrio de una fase condensada% $a sea solida o liquida% con vapor %

tenemos

dp

dT

= ∆ S

∆ V

= ∆ H

T ( V́ g− V́ c)



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?onde @( es el calor molar de vaporización del líquido o el calor molar de

sublimación del sólido $ V́ c es el volumen molar del solido o del líquido.

En la ma$oría de los casos% V́ g−V́ c V́ g $ esto% suponiendo que el gas% es

ideal a ,"!p. *si % la ecuación se transforma en

dlnp

dT =

∆ H

! T 2

Aue es la ecuación de &lausius'&lape$ron % que relaciona la % presión de

vapor del líquido ;solido< con el calor de vaporización ;sublimación < $ la

temperatura. -ntegrando entre límites% suponiendo además que @( es

independiente de la temperatura% tenemos

∫ p

o

p

d lnp=∫T

o

T ∆ H

! T 2

dT

ln p

po=−∆ H

! ( 1T − 1T o )=−∆ H

!T +

∆ H

! T o

?onde po es la presión de vapor a T o $ p es la presión de vapor a

T

)i po=1at" % entonces T o es la temperatura normal de ebullición del

líquido% por lo tanto9



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lnp=−∆ H

!T +

∆ H

! T o

)i se grafica lnpo log p en función de 1/T % se obtiene una recta con

pendiente−∆ H

! o−∆ H 2,303 ! .

I#. PROCEDIMIENTO E$PERIMENTA%



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MATERIA%ES

- &ronometro

- "ermómetro

- Bomba de vacío

- &ocina eléctrica

- &ronometro

- Crasco de 0 a 6 litros con pared gruesa $ de bocaancha

REACTI#OS

- *gua

- Detanol

E&uipo'



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En el presente e#perimento no se considerará el calor absorbido por elcalorímetro. Lo anterior se +ustifica $a que se traba+ara en períodos de tiempocortos% régimen estable $ en un sistema apro#imadamente adiabático.. El vaso calorimétrico se llena 0!6 partes de su capacidad con agua destilada$ se monta el equipo como se muestra en la Cigura.

0. El bulbo que posee un refrigerante se lleva a pesar ;


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&alculando la capacidad calorífica del calorímetro

# = $

∆ T .. .(1)

$= % & t & V . . . (2 )

?atos obtenidos9

% =0,01 ' ,V =28,8 v , ∆ T =3 ( # ,t =6) 34

) ) ≠394 s

I

$=(0,01 ' ) & (394 s ) & (28,8 v )

$=113,472 *

# =113,472 *

3 (# =37,824 * /(#

• Dasa del bulbo J ==%:3 gramos• *ntes de usar la bomba9

Dasa del bulbo lleno con metanol J :5%:377 g.

• ?espués de usar la bomba $ calentar9

Dasa del bulbo lleno con metanol J :6%:4:0 g.

Dasa de metanol que se evaporó J :5.:377g K :6.:4:0g.

J 3.43: g.

• Doles de metanol que se evaporó J 3.435 g ! 60 g!mol

J 4.0=6 moles



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&alculando el absorbido por el metanol para evaporarse9

?ato9

"emperatura del sistema antes de usar la bomba J 03%8 I&

"emperatura del sistema luego de usar la bomba J 06%6 I&

∆ T =24,5−23,3=1.2 (#

$=(37.824 * (# )(1,2 (# )

$=45,3888*

#alor de vapori+acin= 45,3888 *

0.1263"ol

∴#alor de vapori+acine&peri"ental=0.359 -* /"ol

"eóricamente el calor de vaporización del metanol es 6=% /!mol

&alculando el de error9

¿36.1−0.359∨ ¿36.1

& 100=99

error=¿



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#I. CONC%USIONES

)e conclu$ó que la e#periencia realizada nos dio un porcenta+e

de error mu$ elevado% lo que significa que hubo un error en loscálculos e#perimentales.La entalpia de vaporización del metanol hallada se ale+a muchoal teórico.

#II. RECOMENDACIONES

• "raba+ar con dos o más compaFeros $a que mientras uno manipulael equipo de medición los otros deben ir tomando nota de losvalores resultantes.

• Dantenerse atentos al momento de tomar las mediciones $a quealgún descuido puede alterar los resultados obtenidos.

#III. (I(%IO)RA*IA

• D*,1M > P,N""1M% Cundamentos de Cisicoquímica% Limusa%?écima K quinta reimpresión% 7:3.

• P1MO DNOO1% *)"1M% "ratado de Auímica Císica% *.C.*%

)egunda Qpoca. Primera Edición% 0444.



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CUESTIONARIO

+. ca!c,!ese e! ca!or desprendido en !a tostación de una tone!ada de

pirita- suponiendo &ue !os productos consisten ,nicamente enS

2

/ e

2

3 .

2 /e S2+ 112 2 →4S 2+ / e2 3

∆ H 2980 =4 H f

0S 2+ H f

0 / e2 3−2 H f

0 /e S2

¿4. (−296,8 )+ (−824,2 )−2(−178,2)

∆ H 2980 =−1655 0*

−1655 0* 2"ol

& 1"ol

119,975 g & 1000 g

-g &

1000 -g

Ton

$ p=−6,897 &106 0*

ton

/. ca!cu!ar !a enta!pia de 0ormación de! propano#

3 H

8( g) a 1223C.

adm4tase &ue a presión cte !a capacidad ca!or40ica mo!ar de! propano

es /5-1 ca!6mo!3C en e! interva!o de temperatura de /7 8 122 3C y &ue

asimismo !a capacidad ca!or40ica de! carono es /-9ca!6mo!3C.%a capacidad ca!or40ica promedio de! :idro;eno puede ca!cu!arse de

!a ecuación de / t


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3# (s ,573 - )+4 H 2 (g ,573 - )→ # 3 H 8 (g ,573 - )∆ H f (573 - )=2

?atos9

# 3 H

8.#p (573 - )=24.3

cal

"ol1#

# .# p (573 - )=2.7 cal

"ol1#

H .#p (573 - )=6.5+0.001T cal

"ol1#

#p=6.5+0.001 (298 )=6,798

#p=6.5+0.001 (573)=7,073

6,798+7,0732

=6,936 cal

"ol1#

∆ H f (573 - )=−28,82+(24.3−(3 &2.7+4 &6.94 ) ) &(300−25)

∆ H f (573 - )=−28,0 -cal"ol =−117.29 -*

"ol

1. una oma ca!or4metro e!evo su temperatura en +.7=3C a! pasar una

corriente de /-9A durante />s procedente de una 0uente de +1#.a. cu?! es su capacidad ca!or40ica.. Si en dic:o ca!or4metro se o@idan 2.1+; de ;!ucosa y !a

temperatura se e!eva a 9.=13C. BCu?! es !a ∆ H co"bo

de !a ;!ucosa

a />=.

a. Primero hallamos la capacidad calorífica del calorímetro

# = $

∆ T

$= % . t . V =2.7 &29 &13=1017.9 *



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# =1017.9 *

1.58 - =644.24

*

-

b. La ∆ H co"bo

de la glucosa a volumen cte9

$=# .∆T

$=644.24 *

- . (7.683 - )=4949.7 *

$v=−4949.7 * 0.316 g

& 180 g

"ol =−2819.45 -* /"ol

* presión cte9∆ H =∆ 3 +∆n!T

# 6 H 126(s)+62(g )→6# 2( g)+6 H 2(l)

∆ n=6−6=0

?ónde9∆ H =$v=$p=−2819,450* /"ol

5. %as ropas :,medas pueden ser 0ata!es en !a montaa. Supon;a &ue

su ropa :a asorido /;. de a;ua y un viento 0rio !a secó. BFu<

p


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El calor absorbido por el agua al evaporarse es

∆ H V , 298 - =44,016 -*

"ol &

1"ol

18.016 g & 1000 g

-g & 2 -g

A J 3::=.6060 /

b< El calor de combustión de la glucosa es

∆ H c ,298 - =−2808 -* /"ol

La glucosa a consumir es

4886.3232 -* & 1"ol

2808 -* & 180 g

"ol =313.2258 g .

)i esta perdida de calor no se compensa% entonces la temperatura finalserá

$=" & # & ∆ T

−4886.3232=80 -g &4.184 -*

-g- & (T −37)

T =22.4 (#

)iendo 65I& % la temperatura corporal del hombre.

8. Un motor de automóvi! se a!imenta con ;aso!ina de densidad2.955;6m% y de poder ca!or40ico a /2Gca!6;. Si e! rendimiento de !aconversión de ca!or en traaHo mec?nico es tan so!o de! 7 ca!cu!ar e! consumo de ;aso!ina por +222m de recorrido para una ve!ocidadmedia de 2Gm6: y una potencia de 52 C# J caa!!os de vaporK.

4 = 5t

4 = 5 e

v

4 =40#V & 75 -g"/ s

#V & 1000 -" &

1 H

60 -" & 3600 s

6

4 =1.8 & 10 8 -g" & 9.8 *oule

-g"



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4 =17.64 &105 -*

Pero este traba+o producido solo representa el =8 del calor liberado% por lo que el calor total requerido es

$=¿ 05.6:# 48 /

La cantidad de combustible a quemarse es

27.138 &105 -* &

1cal

4.184* &

1 g

20000 cal=32.43 -g

El volumen de gasolina esG J 60.36 g ! 4.533g ! L

G J 36.8:7 L


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