Determinacion de la presion de vapor del agua y de su entalpia de vaporizacion

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Determinación de la Presión de vapor del agua y de su entalpía de vaporización

Fundamentos metodológicos

El método a emplear consiste en: medir el volumen de aire (saturado de vapor de agua) que se halla atrapado en una probeta invertida (ver esquema del Equipo) en función de la temperatura (entre 10 y 80ºC).
(Vale aclarar aquí que la solubilidad del agua gaseosa (vapor de agua) en elaire, aumenta con la temperatura; por ejemplo es de 0,6%m/v a 0ºC y de 4,2%m/v a 30ºC.
A mayor temperatura, dada la mayor agitación térmica y la consecuente mayor distancia promedio entre las moléculas del gas, es más difícil que las moléculas de agua individuales puedan acercarse lo suficiente para atraerse y condensarse. Esta es la razón por la cual el aire puede admitir mayor concentración devapor de agua disuelto cuanto mayor sea la temperatura).

Retomando, ahora, el método que emplearemos: la presión (del volumen) de la solución de aire y vapor de agua atrapada en la probeta invertida puede considerarse igual a la presión atmosférica que actúa sobre el baño de agua (ver esquema del equipo), siempre que se desprecie la incidencia del desnivel entre el agua en la probeta invertida yel agua en el baño (tal simplificación es valida si se piensa que tal desnivel es de solo unos pocos cm de agua, en tanto 1 atm equivale a la presión de una columna de 10m de agua).

En nuestro ensayo, la masa y el numero de moles de aire atrapado en la probeta invertida es constante, pero no lo es la masa y el numero de moles de vapor de agua (disueltos en esa masa de aire) porque el mismo (comoya lo hemos explicado) va a depender de la temperatura.

El numero de moles de aire atrapado (que es constante) se puede calcular a una temperatura lo suficientemente baja (por caso 5ºC) como para que el numero de moles de vapor de agua disuelto sea (de tan bajo) despreciable frente al del aire,
Obviamente aquí: n aire = Patm . V aire atrapado / R . T

Entonces, variando ahora latemperatura, puede calcularse la presión (parcial) que ejerce ese aire (constante) a cada temperatura: Paire = n aire . R . T / V de solución atrapada

Con ese dato, calcular, para cada temperatura T(aplicando la Ley de las presiones parciales de Dalton a la solución de aire y vapor de agua) la presión de vapor del agua a esa temperatura T: P vapor de agua = P atmosférica – P aire.

PROCEDIMIENTOEXPERIMENTAL

1) Llenar la probeta (graduada) con 6 a 7 cm³ de agua destilada a temperatura de aproximadamente 0ºC.
2) Tapando la probeta con un dedo, introducirla con rapidez en el baño termostático (el cual debe cuidarse que contenga un volumen de agua termostatizada suficiente para mantener la columna de agua en la probeta, de manera que en la misma quede atrapado un volumen de aire saturadode vapor de agua, de entre 4 y 5 cm de altura)
3) Esperar a que la temperatura del baño termostático se estabilice y entonces registrar dicho valor de temperatura y el volumen de solución gaseosa atrapado en la bureta,
4) Calentar ahora el baño hasta aproximadamente 10ºC y, a partir de este valor de T, regulando el termostato en intervalos de 5ºC en mas cada vez, medir los pares devalores: temperatura (al 0,1ºC), volumen (al 0,1 cm³) hasta llegar a los 80ºC.
5) La estabilidad de la presión atmosférica puede medirse empleando un sensor asociado a un Registrador de Datos (Data Logger).
6) El mismo instrumento, con otro sensor puede utilizarse para determinar cada temperatura,

CALCULOS

1) Graficar: ln P vapor de agua en función de 1 / T y trazar la recta querepresente mejor la evolución de los datos obtenidos experimental.
2) En base a la pendiente de la recta: H vapor agua / R . T y la ecuación de Clapeyron – Clausius en su forma logarítmica: ln P vapor agua = Ln Po – H vap agua / R . T ; hallar la entalpía de vaporización del agua.
3) Empleando la curva trazada, hallar el valor de la Presión de vapor del agua a la temperatura de 65ºC.
4)...
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