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Química-Física I / Laboratorio

Primer Cuatrimestre 2005

TRABAJO PRÁCTICO 1 SISTEMAS DE UN COMPONENTE Equilibrio líquido-vapor

A) Propósito: - Verificar la validez de la ecuación de Claussius - Clapeyron. - Determinar la entalpía de vaporización del agua.

B) Introducción teórica: El equilibrio en estudio es:
H 2 O( liq )
→ ←

H 2 O( vap )

Según la ecuación de Claussius -Clapeyron que rige el equilibrio líquido vapor (para gases ideales, suponiendo que el volumen de líquido es despreciable frente al volumen del vapor y que la entalpía de vaporización es independiente de la temperatura):
ln p2 ∆H ⎛ 1 1 ⎞ =− ⎜ − ⎟ p1 R ⎝ T2 T1 ⎠

Donde

- p2 y p1 son las presiones de vapor del líquido a las temperaturas absolutas T2 y T1 respectivamente. - ∆H es la entalpía molar devaporización del líquido. - R es la constante de los gases

Aplicando propiedades del logaritmo, suprimiendo el subíndice 2 y reordenando: ln p p ∆H 1 ∆H 1 =− ⋅ + ln 1 + ⋅ ∗ ∗ R T R T1 p p

Donde

p ∗ ≡ 1atm (debe incluirse para adimensionalizar el argumento del logaritmo)

Pero el segundo y el tercer término del miembro de la derecha son constantes, de manera que definiendo: ln p1 ∆H 1 + ⋅≡K R T1 p∗

Finalmente se obtiene:

2

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ln

p ∆H 1 = ⋅ +K ∗ R T p
1 p vs debe dar una recta de ∗ T p

De la expresión anterior se deduce que un gráfico de ln cuya pendiente se puede calcular ∆H .

En el trabajo práctico se trabajará con un tubo de Kahn adosado a una pipeta graduada en centímetros lineales, el cual estarálleno de agua hasta sus 4/5 partes, invertido y totalmente sumergido en agua en un vaso de precipitados. La pipeta permitirá medir la altura de la columna de agua dentro del tubo en todo momento. Conocido el volumen total del tubo y el radio del mismo se puede calcular el volumen de la burbuja de aire (y vapor de agua) según la expresión:

V = VT − π r 2 h
Donde:

(1)

V VT r h

es elvolumen de la burbuja. es el volumen total del tubo. es el radio del tubo. es la altura de la columna de agua dentro del tubo.

Agregando hielo en el vaso se llevará la temperatura del sistema a 5°C. En estas condiciones puede suponerse que la presión de vapor de agua en la burbuja es cero, es decir que solo hay aire. Despreciando además la presión de la columna de agua se cumplirá la expresión:Patm = Paire
Donde - Patm es la presión atmosférica. - Paire es la presión de aire en la burbuja.

(2)

Determinando el volumen de aire de la expresión (1), la presión de aire de la expresión (2) y conociendo la temperatura del sistema se puede calcular la cantidad de moles de aire suponiendo comportamiento ideal a partir de la ecuación de estado de los gases ideales:

naire =

PaireV RT(3)

Luego se calentará el sistema y posteriormente se lo dejará enfriar, midiendo la altura de la columna de agua dentro del tubo a medida que la temperatura desciende. Con dichas alturas se calcularán los volúmenes de la burbuja para cada temperatura a partir de la expresión (1). Con estos volúmenes, las temperaturas y la cantidad de moles de aire determinada anteriormente se puedencalcular las presiones de aire a partir de:

Paire =

naire RT V
3

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Pero a estas temperaturas de trabajo la presión de vapor de agua no puede ser despreciada y la expresión (2) se transforma en:

Patm = Paire + p
Donde: Despejando:

p

es la presión de vapor de agua.

p = Patm − Paire
Determinando así la presión de vapor deagua a cada temperatura. p 1 . Con estos datos se puede construir el gráfico de ln ∗ vs T p C) Técnica:

(4)

-

-

Determine el volumen de un tubo de Kahn midiendo con una pipeta el volumen de agua necesario para llenarlo. Mida el diámetro interior del tubo. Adose el tubo a una pipeta graduada en centímetros lineales. Llénelo hasta sus 4/5 partes con agua, colóquelo invertido en un vaso...