PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

Universidad Andrés Bello
Facultad de Ciencias Exactas
Facultad de Ciencias Biológicas

LABORATORIO N°5
PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE
VAPORIZACIÓN DEL AGUA

Integrantes: Benjamín Flores
Fernanda Montt
Catalina Ponce

Fecha entrega: 17/06/2015
Sección: 1

Introducción
Una fase es una porción homogénea de un sistema, si este consta de dos fases α y β para
que alcance el equilibrio debe cumplircondiciones entre las variables intensivas T, P y µ.
Las dos fases deben estar en equilibrio término, mecánico y además tener el mismo
potencial químico.
El criterio de equilibrio de fases en función de esas variables lleva a la ley de fases de
Gibbs, la cual establece que para que un sistema de un componente en equilibrio de fases
sea descrito, se necesitan dos variables intensivas (P y T).
Existeuna representación llamada diagrama de fases el cual está en función de las dos
variables. Para el agua hay tres fases posibles la cuales son líquida, sólida y vapor, y se
encuentran en tres zonas (s, l y v) separadas por líneas. Si el punto cae sobre una de las
líneas que separan a regiones indican que existe un equilibrio entre ellas.
Si se afecta el equilibrio por pequeñas variacionesinfinitesimales dP y dT, en la nueva
condición de equilibrio se cumplirá que:
𝜇 𝛼 + 𝑑𝜇 𝛼 = 𝜇 𝛽 + 𝑑𝜇 𝛽
Y restándole la ecuación
𝑑𝜇 𝛼 = 𝑑𝜇 𝛽
El potencial químico de la sustancia pura viene dado por:
𝑑𝜇 = −𝑆𝑑𝑇 + 𝑉𝑑𝑃
Queda de la forma
−𝑆 𝛼 𝑑𝑇 + 𝑉 𝛼 𝑑𝑃 = −𝑆𝛽 𝑑𝑇 + 𝑉𝛽 𝑑𝑃
De donde
(𝑆𝛽 − 𝑆 𝛼 )𝑑𝑇 = (𝑉𝛽 − 𝑉 𝛼 )𝑑𝑃
𝛽

𝛼
Si la transformación se considera para un mol en la dirección α →β, entonces (𝑆𝑚 − 𝑆𝑚
)=
𝛽

∆𝑆𝑚 𝑦(𝑉𝑚 − 𝑉𝑚𝛼 ) = ∆𝑉𝑚 del proceso y por consiguiente:
𝑑𝑃 ∆𝑆𝑚
=
𝑑𝑇 ∆𝑉𝑚
Ya que las fases están en equilibrio
∆𝐺𝑚 = ∆𝐻𝑚 − 𝑇∆𝑆𝑚

Con ∆𝐺𝑚 = 0 se obtiene que ∆𝑆𝑚 = ∆𝐻𝑚/𝑇 y al reemplazar
𝑑𝑃
∆𝐻𝑚
=
𝑑𝑇 𝑇∆𝑉𝑚
Esta relación se conoce con el nombre de ecuación de Clapeyron y muestra como varía la
presión de una sustancia pura si se cambia la temperatura y viceversa. Esta ecuación puede
ser expresada de una forma másconveniente cuando una sustancia pura esté en equilibrio
liquido↔ vapor o sólido ↔ vapor. Se debe considerar que el volumen en estado líquido o
sólido es mucho menor que su volumen en vapor, y se supone que este rige por la ley del
gas ideal.
∆𝑉𝑚 ≈ 𝑉𝑚, 𝑔 ≈ 𝑅𝑇/𝑃 queda:
𝑑𝑃 𝑃∆𝐻𝑚
=
𝑑𝑇
𝑅𝑇 2
Esta ecuación muestra la variación d la presión de vapor con la temperatura en los procesos
de sublimación ovaporización y se conoce como la ecuación de Clausius-Clapeyron.
Cambiando variable dlnP = (1/P) dP
𝑑𝑙𝑛𝑃 ∆𝐻𝑣𝑚
=
𝑑𝑇
𝑅𝑇 2
Suponiendo que su ∆𝐻𝑣𝑚 es independiente de T en este rango de T, se obtiene:
𝑃2
∆𝐻𝑚𝑣 1
1
ln ( ) = −
( − )
𝑃1
𝑅
𝑇2 𝑇1

LnP varía linealmente con 1/T siendo la pendiente de la recta igual al término −∆𝐻𝑚𝑣/𝑅.
Dado esto la ecuación de Clausius-Clapeyron fundamenta el método más corriente enla
determinación de entalpías de sublimación y vaporización en sustancias puras, por lo cual
se obtienen resultados con exactitud comparable a los que arrojan métodos calorimétricos



Objetivos

Determinar cómo varia la presión de vapor de agua con la temperatura y a partir de esto
determinar la entalpía de vaporización de esta sustancia utilizando la ecuación de ClassiusClapeyron.

Parteexperimental


Materiales:

- Vaso de precipitado 1 litro
- Termómetro
- Soporte universal
- Agua destilada
- Hielo
- Probeta graduada 10 ml
- Piseta
- Varilla de vidrio

-

Se colocó un vaso de precipitado de 1 litro lleno de agua destilada a una temperatura
de aproximadamente 60°C. Con la ayuda de un soporte universal se colocó una
probeta (que tenía una varilla en la base de esta) de 10ml invertidadentro del vaso
precipitado con agua previamente calentada. Con la piseta se le agregó agua destilada
por dentro de la probeta invertida de tal manera que alcanzó un volumen de agua
dentro de ella de aproximadamente 3 ml, quedó un volumen de aire de 7 ml. Se colocó
el termómetro sujetado en el soporte universal para medir la temperatura a medida
que transcurrió el experimento en ciertos...