Ensayo De Aura

Cálculo del calor latente de vaporización del nitrógeno en Bogotá
Jorge A. Chávez
Resumen Se calculó el calor latente de vaporización del nitrógeno para las condiciones ambientales de Bogotá obteniendose resultando LV exp = 266, 77 ± 1, 61 kJ/kg, utilizando técnicas de termogravimetría, contrastando este resultado con un valor teórico obtenido mediante la ecuación de Clausius-Clapeyron, seobtuvo un error experimental de 3,42%.

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Introducción

Termogravimetría
La Termogravimetría (TG) está basada en la medida de la variación de la masa de una muestra cuando se la somete a un cambio de temperatura en una atmósfera controlada. Esta variación puede ser una pérdida o una ganancia de masa. El registro de estos cambios nos dará información sobre si la muestra se descompone oreacciona con otros componentes.[1]

Calor latente de vaporización
Para pasar de la fase líquida a la fase de vapor se necesita una absorción de energía por parte de las moléculas líquidas, ya que la energía total de éstas últimas es menor que la de las moléculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensación, se produce un desprendimiento energético en forma de calor. El calor absorbido por unlíquido para pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporización. Se suele denominar calor latente de vaporización cuando nos referimos a un mol.[2] En un proceso de ebullición a presión constante el calor absorbido por la sustancia que cambia de fase viene dado por Q = mLv (1)

Ecuación de Clausius Clapeyron
Para analizar la frontera líquido gas se toma como punto departida la ecuación de Clapeyron: dp ∆S = (2) dT ∆V La ebullición de un material puro acontencerá a una temperatura Teb e ira acompañada de una entalpía molar de evaporación ∆Heb , que en este caso viene a ser el calor molar de vaporización Lv , por lo que la ecuación anterior toma la siguiente forma dp Lv = dT Teb Veb como V = VV − VL , tenemos: Lv dp = dT Teb (VV − VL ) tanto Lv , VV como VL estánreferidas a un mol. Si la temperatura no está próxima al valor crítico el volúmen VL dp Lv = dT Teb VV VV y se puede despreciar VL frente a VV . Por tanto, (5) (4) (3)

Si nos movemos lejos del punto crítico se puede muy bien introducir la ecuación de los gases ideales pV = RT , quedando[3]: dp Lv = 2 dT RTeb (6)

Si se supone que el calor latente de vaporización no depende de latemperatura, la ecuación anterior se puede integrar obteniendo: 1

2

ln

patm pn.m

=−

Lv R

1 Tatm

−

1 Tn.m.

(7)

donde patm y Tatm son la presión y temperatura atmosféricas en el lugar en donde se encuentre la sustancia cambiando de fase, y pn.m y Tn.m son las condiciones de referencia tomadas a nivel del mar, luego despejando el calor latente de la ecuación anterior se tiene: Lv= R ln patm pn.m . Tatm Tn.m. Tatm − Tn.m. (8)

donde R = 8, 314472 J.K−1 .mol−1 [12] que si se desea expresar en unidades de J.K−1 .g−1 bastará dividir por la masa molar de la sustancia en cuestión.

Variación de la presión atmosférica con la altura
En la atmósfera la presión disminuye rápidamente con la altura debido a que la cantidad de aire es menor al alejarnos de la superficieterrestre. Por lo tanto, al ir ascendiendo los valores medidos con un barómetro serán cada vez más pequeños. Este hecho es la base del funcionamiento de los altímetros usados para medir alturas en las ascensiones de montañas.[4] Usando el principio fundamental de la hidrostática podremos calcular la altura a la que nos encontramos: patm = pn.m. exp (−αh) donde α = 0, 116 km
−1

(9)

[5] y h laaltura a la que se desea calcular la presión atmosférica.

Corrección de la temperatura de ebullición
En el caso de los líquidos, la temperatura de ebullición se ve afectada por los cambios en la presión atmosférica debidos a las variaciones en la altura. A medida que un sitio se encuentra más elevado sobre el nivel del mar, la temperatura de ebullición se hace menor. Con el propósito de realizar...