Gases reales. transicion liquido vapor

Gases reales. Transición líquido-vapor
por Javier V. González Poyato El objetivo de este experimento es determinar algunas de las isotermas de un gas, medir la variación de la presión de vapor en función de la temperatura y obtener, con las medidas tomadas, el calor latente de la vaporización del gas y determinar su punto crítico. Fundamentos teóricos Una ecuación de estado es una relación entrelas variables presión, volumen, temperatura y cantidad de materia del sistema. Para un estado de equilibrio, las tres variables que definen el estado de la sustancia en cuestión son la presion, el volumen y la temperatura, y conociendo dos de ellas podemos determinar automáticamente la tercera: F ( P, V , T ) = 0 (1) A partir de las leyes de Boyle-Mariotte, Gay Lussac y Avogadro se puededeterminar la ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal, conocida como ecuación de estado de los gases ideales:

PV =1 RT
Donde:
• • • •

(2)

P = Presión V = Volumen R = Constante universal de los gases ideales T = Temperatura absoluta

La ecuación de Clapeyron-Clausius establece lo siguiente:

dPvapordT
Donde:
• • •

=

Lvapor T (Vg − VFL )

(3)

Lvapor = calor latente de vaporización Vg = Volumen del gas VFL = Volumen de la fase liquida 1

Teniendo en cuenta que el volumen de la fase líquida puede despreciarse, aproximando la fase del gas llegamos a:

VFL ≈ 0 ⇒ Vg ≈
Combinando ahora (3) y (4) llegamos a:

RT P

(4)

d ln( Pvapor ) dT

=

Lvapor RT 2

(5)

Portanto, la presión de vapor Pvapor queda así:

Pvapor = ce
Material y métodos

(−

Lvapor

RT

)

(6)

En el presente experimento se empleó el siguiente material: • • • • • Ampolla presurizada llena de Etano Manómetro conectado a la ampolla Juego de tubos de goma y recipiente que contiene a la ampolla. Termómetro Termostato

Con el material anterior se puede controlar la temperatura yel volumen de la ampolla de gas, y se puede medir la presión. Así podemos medir la variación de P frente a V manteniendo la temperatura constante para diferentes valores de temperatura conocidos, que varían entre los 24 y los 32 grados centígrados. Con las diferentes isotermas tomadas podremos observar la zona de coexistencia de la fase liquida y gaseosa, así como la variación de la presión devapor Pvapor en función de la temperatura T. Y a partir de dicha presión de vapor podemos utilizar las ecuaciones (5) o (6) para hallar el calor latente de vaporización del gas. Resultados En las siguientes gráficas (1-7) se muestra la variación de la presión P frente al volumen V para diferentes temperaturas, y en la última gráfica (8) se ha representado la variación de la presión de vapor enfunción de la temperatura.

2

T=24ºC
47

42

P (105 Pa)

37

32

27

22 0,3 0,8 1,3 1,8 V (cm 3) 2,3 2,8

Gráfica 1: Variación de la presión P frente al volumen V con una temperatura constante de 24ºC

T=26ºC

42,5

37,5 P (105 Pa)

32,5

27,5

22,5 0,4 0,9 1,4 V (cm )
3

1,9

2,4

2,9

Gráfica 2: Variación de la presión P frente al volumen V con una temperaturaconstante de 26ºC

3

T=28ºC
47 42 37 P (105 Pa) 32 27 22 17 0,35

0,85

1,35

1,85 V (cm 3)

2,35

2,85

3,35

Gráfica 3: Variación de la presión P frente al volumen V con una temperatura constante de 28ºC

T=29ºC

43 38 P (105 Pa)

33 28 23 18 0,5 1 1,5 2 V (cm )
3

2,5

3

3,5

Gráfica 4: Variación de la presión P frente al volumen V con una temperaturaconstante de 29ºC

4

T=30ºC
48 43 38 P (105 Pa) 33 28 23 18 0,5 1 1,5 2 V (cm 3) 2,5 3 3,5

Gráfica 5: Variación de la presión P frente al volumen V con una temperatura constante de 30ºC

T=31ºC
50 45 40 P (105 Pa) 35 30 25 20 0,6 1,1 1,6 2,1 V (cm )
3

2,6

3,1

Gráfica 6: Variación de la presión P frente al volumen V con una temperatura constante de 31ºC

5

T=32ºC
50 45 40...