Presion de vapor

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Universidad Iberoamericana. Departamento de Ciencias. Área de Física. Laboratorio de Termodinámica. Realizado por Fis. Abraham Vilchis U.

Noviembre 25, 1998.

OBJETIVOS:
i) Determinar la presión de vapor del agua a 65 °C midiendo temperaturas y volúmenes de aire confinado en una probeta, en un rango entre 0.0 y 70.0 °C, y de 5.0 a 2.8 mI. ii) Determinar la entalpía de vaporización del aguamidiendo temperaturas y volúmenes de aire confinado en una probeta, en un rango entre 0.0 y 70.0 °C, y de 5.0 a 2.8 mi.

Cualquier líquido colocado en un recipiente se evaporará parcialmente para establecer una presión de vapor encima del líquido que depende de la naturaleza de éste, y, en equilibrio, es constante a cualquier temperatura. Tal presión es conocida como presión saturada de vapordel líquido correspondiente; en tanto se mantiene, el líquido no exhibe más tendencia a evaporarse, pero a una presión menor hay una nueva transformación hacia la fase de gas, y a otra más elevada se verifica una condensación, hasta restablecer la presión de equilibrio. Para un líquido cualquiera, la vaporización va acompañada de absorción de calor y la cantidad de éste requerida para calentarcierto peso de líquido, a una temperatura y presión dadas, se conoce con el nombre se calor de vaporización y es la diferencia de entalpía de vapor y líquido, esto es, Hv = Hv – H1 donde Hv es el calor de vaporización y Hv Y H1 son las entalpías de vapor y de líquido, respectivamente. En una evaporación Hv es positiva SIempre.

Como cabe esperar de la definición de H; Hv es la diferencia entre laenergía interna del vapor y del líquido: Ev = Ev - El, Y del trabajo de expansión en el cambio de fase: Ecuación I.l Hv = Ev + PVv

donde P es la presión de vapor y Vv = Vv – V1 La ecuación de Clapeyron relaciona el cambio de temperatura que debe acompañar al cambio de presión en un sistema de dos fases de una sustancia pura en equilibrio:

Ecuación 1.2

La ecuación 1.2 muestra que lavariación de la presión con la temperatura está relacionada directamente con la entalpía de transición e inversamente con la temperatura y el cambio de volumen que acompañan a la transformación. En el caso que nos interesa, equilibrio líquido-vapor: Hv = Hv - H¡ = H, Y V v = V v - V ¡ = V.

Actividad No. 1.1

Suponga que existen dos fases en equilibrio -líquido y vapor-, y se varía la presión delsistema en dP. La temperatura del sistema cambiará entonces en dT a fin de preservar el equilibrio. En tal situación, la energía libre, dF = -SdT + VdP, es la misma: Fv = F¡. Demuestre que, para tales condiciones: Ecuación 1.3

H = S/T

.
La presión de vapor de un líquido es constante a una temperatura dada, pero aumenta si 10 hace la temperatura hasta el punto crítico del líquido. Por encima dela temperatura crítica no existe ya líquido y, por tanto, no tiene validez el concepto de presión de vapor saturado. Si suponemos que el vapor se comporta esencialmente como un gas ideal, la ecuación 1.2 toma la forma: Ecuación 1.4

o bien: Ecuación 1.5

Actividad No. 1.2

Sabiendo que, para un gas ideal, el volumen de vapor V y por mol es: V y = RT/P; deduzca las ecuaciones 1.4 e 1.5utilizando la ecuación de Clapeyron. Discute con tus compañeros de equipo y con el profesor bajo qué condiciones es posible tomar la aproximación a un gas ideal. Es muy importante que veas con detenimiento la discusión anterior completa, para ello puedes consultar el libro de Samuel H. Maron y Carl F. Prutton, páginas 218-227. (ver Bibliografía).

Como vimos en la discusión precedente, para conocer lapresión de vapor del agua y su entalpía de vaporización necesitamos tener una muestra de agua confinada en un recipiente a fin de medir presiones, volúmenes y temperaturas. Para ello utilizaremos una probeta graduada (5 mI), un vaso de precipitados grande (aprox. 1000 mI), y un termómetro (con precisión de l/10°C). Al volcar la probeta dentro del vaso de precipitados con agua, quedará atrapada...
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