Equilibrio liquido- vapor

EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR
PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

OBJETIVOS
Con esta práctica buscaremos reforzar los conocimientos básicos sobre termodinámica aplicados a los cambios de estado del agua.
Comprender y aplicar correctamente el concepto de equilibrio entre fases
Apreciar de forma física y experimental los conceptos aprendidos en la clase teórica y utilizar lasecuaciones de Clausius – Clapeyron y la ley de Charles .

DATOS

TABLA 1. Datos experimentales y calculados para la determinación de la presión de vapor del agua en la Ciudad de México.
Presión atmosférica ___586 mmHg___
Evento T
(°C) Vexperimental
(mL) T
(K) Vaire
calculado
(mL) Vvapor
calculado
(mL) Pparcialaire (mmHg) Pvapagua
(mmHg) 1/T
(K -1) ln Pvap
1 2.0 10 275.15
2 8030 353.15 12.83 17.17 250.61 335.39 2.83x10^-3 5.82
3 77.7 29 350.85 12.75 16.25 257.64 328.36 2.85 x 10^-3 5.79
4 76.6 28 349.75 12.71 15.29 263.7 322.3 2.86 x 10^-3 5.78
5 75.9 27 349.05 12.69 14.31 275.42 310.58 2.86 x 10^-3 5.74
6 74.9 26 348.05 12.65 13.35 287.14 298.86 2.87 x 10^-3 5.7
7 74.2 25 347.35 12.62 12.38 293 293 2.88 x 10^-3 5.68
8 73.0 24 346.15 12.58 11.42 304.72 281.282.89 x 10^-3 5.64
9 72 23 345.15 12.64 10.36 322.3 263.7 2.9 x 10^-3 5.57
10 70.5 22 343.65 12.49 9.51 334.02 251.98 2.91 x 10^-3 5.53
11 69.3 21 342.45 12.45 8.55 345.74 240.26 2.92 x 10^-3 5.48
12 68 20 341.15 12.40 7.6 363.32 222.68 2.93 x 10^-3 5.41

CALCULOS

1. Se determinó el volumen del aire a las temperaturas de trabajo con la ley de Charles:

V1 / T1 = V2 / T2, despejando V2.2. Por diferencia se determinó el volumen que ocupa el vapor de agua dentro de la probeta a cada temperatura:

Vexp – Vaire = Vvap

3. Se calculó la presión parcial del aire y la presión de vapor del agua a partir de los valores fracción mol y de la presión total del sistema:

x vap = Vvap / V exp

P parcial vap = (x vap)(P total) donde P total = 586 mm HgP parcial aire = (P total) – (P parcial vap)

4. Los valores de ln P vap se calcularon digitándose como tal en la calculadora.

Ejemplo:

(V1/T1) T2 = V2

(10ml /275.15 K) 353.15 ml = V2 = 12.83 ml

Vexp – Vaire = 30ml – 12.83ml = 17.17ml

X vap = Vvap / Vexp = 17.17 ml/ 30 ml = 0.57 ml

P vap = (x vap) (P total) = (0.57) (586 mm Hg) = 250.61 mm Hg

1/ T = 1 / 353.15 =2.83 X 10 ^-3 K^-1

Ln Pvap = ln 335.39 = 5.82
ANÁLISIS DE RESULTADOS

1. Indicar qué gases se encuentran confinados en la parte superior de la probeta a lo largo del experimento.
En un principio el gas que se encuentra en la parte superior de la probeta es aire esencialmente el cual está compuesto principalmente por nitrógeno, oxígeno y algunos otros gases en menor proporción.
Al aumentarla temperatura va disminuyendo el volumen de agua líquida debido a que parte de este volumen se convierte en vapor de agua, por lo que a lo largo del experimento se tiene una mezcla de aire y vapor de agua en la parte superior de la probeta con un volumen cada vez mayor hasta el momento en que se desconecta la resistencia aproximadamente a 80 °C.

2. Señalar cuál es el gas dentro de la probetacuando la temperatura es de 0°C y explicar cuál es la utilidad de esa determinación.
En nuestro caso la temperatura más baja a que llegamos fue de 2°C, como se indicó anteriormente el gas dentro de la probeta a esta temperatura es aire, con una cantidad bastante despreciable de vapor de agua, sin embargo es útil hacer notar que aquella cantidad de vapor de agua a 2 °C es despreciable debido a queesta cantidad se volverá importante conforme vaya aumentando la temperatura. El aumento del volumen del vapor de agua durante el experimento a su vez ocasiona que aumente la presión que este gas ejerce sobre la probeta.

3. Explicar qué tipo de relación existe entre la presión de vapor y la temperatura, de acuerdo al comportamiento que se observa en la gráfica 1.
De acuerdo a la gráfica 1,...