Equilibrio líquido-vapor

Practica 1:
Equilibrio Liquido- Vapor Presión de vapor y Entalpia de Vaporización del Agua

Objetivo(s):
General
* Comprender e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la ecuación de Clausius-Clapeyron, para aplicarlos en la determinación de la entalpia de vaporización de la sustancia.
Particulares
* Determinar valores de presión de vapor del agua a distintas temperaturas, para representar y describir la relación que se presenta entre ambas variables.
* Calcular la entalpia de vaporización del agua a partir de los datos experimentales y obtener los parámetros de la ecuación deClausius- Clapeyron.
Problema:
Determinar la entalpia de vaporización del agua.
Introducción:
Un gas es una sustancia que normalmente se encuentra en el estado gaseoso a temperaturas y presiones ordinarias; un vapor es la forma gaseosa de cualquier sustancia que constituye un líquido o un solido a temperatura y presiones normales.
Presión de vapor es la presión correspondiente al equilibriolíquido- vapor a determinada temperatura. Los factores principales que afectan a la presión de vapor son el potencial químico (μ) donde tenemos que:
* Si Δμ> 0 entonces la presión de vapor se dará a bajas temperaturas.
* Si Δμ< 0 entonces la presión de vapor se dará a altas temperaturas
La presión de vapor viene de la tendencia del universo a la entropía máxima (S) y una contribuciónpositiva, proviene de la evaporación del líquido, para formar un gas que tiene un número mayor de micro estados. Cuando hay un soluto presente, hay un azar extra presente, por lo que no es necesario formar tanto vapor para igualar los potenciales químicos de las dos fases y, en consecuencia, la temperatura y presión a la que se da la presión de vapor baja.
Para medir la cantidad de energía (ΔE)necesaria para que la transición de fase (liquido-gas) se lleve a cabo, utilizamos la entalpia de vaporización (ΔHvap) a la cual también llamamos “calor latente de vaporización”, es decir el cambio de entalpia para pasar de una fase liquida a una fase gaseosa, esta transición de fase es un proceso endotérmico por lo que ΔH tendrá un valor positivo. ΔHvap puede tener unidades de:
* (cal/g)
*(J/kg)
* (Btu/lb)
Los principales factores que afectan a ΔHvap son la presión y la temperatura.
Para una sustancia pura, el estado de equilibrio entre la fase condensada y la fase gas, por ejemplo:
sólido – gas ó líquido – gas; está dado por la ecuación de Clausius - Clapeyron:
lnP2P1= - ∆HcfR1T2- 1T1
Donde:
∆Hcf = es la entalpía del cambio de fase. Generalmente se expresa en cal/mol.
*Puede ser la entalpía de sublimación ∆Hs o de vaporización, ∆Hv.
R = la constante universal del Gas Ideal. Generalmente se expresa como R = 2 cal/mol K.
P1 y P2 = son las presiones de vapor, de dos fases en equilibrio. Se pueden expresar en cualquier unidad de presión.
T1 y T2 = son las temperaturas de equilibrio que corresponden a las presiones de vapor. Se expresan en K.

Material:
* 1Vaso Berzelius 1L - 1 Termómetro Digital
* 1 Resistencia Eléctrica - 1 Agitador de Vidrio
* Probeta Graduada 50 mL
Reactivos:
* Agua
* Hielo
Diseño experimental:

Metodología empleada:

Resultados:
Partiendo de la ecuación de proceso de la Ley de Charles que nos dice:
V1T1=V2T2 …………….... (1)Para calcular el volumen de aire (Vaire) en mililitros, despejamos la ecuación de proceso y obtenemos:
VExperimentalT1T2=Vairecalculado…….(2)
Y sabemos que
Vvapor=Vexperimental-Vaierecalculado….(3)
Yaire=Vaire calculadoVexperimental………...............(4)
Yvapor=1-Yaire…………………....(5)
Pparcial=Paire=YairePtotal……..(6)
Algunas relaciones adicionales que empleamos fueron:
TK=t°C+273.15...