Variacion de la temperatura de ebullicion de un liquido con la temperatura

VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN DE UN LÍQUIDO CON LA PRESIÓN

Andrés Pérez Gómez



















1.- INTRODUCCIÓN:

El primer ejemplo que suele darse sobre la relación entre presión y temperatura de ebullición es que un huevo se cuece más lentamente en la cima de una montaña que a nivel del mar. Esto se debe a que la presión a la que están las partículasde agua determina la cantidad de energía que necesitan para pasar a estado gaseoso; a menor presión menor temperatura de ebullición (caso de la montaña) y viceversa.
En este mismo concepto se basa el funcionamiento de una olla a presión; al alcanzarse en su interior una mayor presión, el agua permanece líquida a mayor temperatura. Durante esta práctica estudiaremos cuales son las característicasde estos fenómenos y por qué se producen.



2.- FUNDAMENTO TEÓRICO

En los cambios de fase de un sistema formado por una única sustancia, presión y temperatura permanece constantes, mientras que varían la presión y el volumen. Considerando n0 el número de moles de sustancia en la fase 1 y siendo x la fracción de la fase inicial que se ha transformado en la fase final 2 en un instantecualquiera, entonces la entropía S y el volumen V de la mezcla vienen dados por




Siendo S y V funciones lineales de x.
Si la transición de fase tiene lugar reversiblemente, el calor transferido por mol (Calor latente) viene dado por

Por tanto, la existencia de un calor latente significa que hay un cambio de entropía.
Si ahora estudiamos la entalpía libre molar de Gibbs para este sistemaen su forma diferencial



Tenemos que por la condición de proceso isobárico e isotermo reversible
dT = 0 y dp = 0 así pues dg = 0. Con esto para las dos fases 1 y 2 en equilibrio se cumple:






Veamos ahora el termino La entalpia libre podemos expresarla como siendo h la entalpia molar. Si tenemos
en cuenta que para el proceso que estamos estudiando dg = 0, dT = 0 eintegramos llegamos a:



Que sustituido en la ecuación anterior y teniendo en cuenta que h2 - h1 = L es el calor latente molar del cambio de fase nos da la ecuación de Clapeyron:



Esta ecuación proporciona la variación de la presión de equilibrio con la temperatura para dos fases cualesquiera de una sustancia dada. A continuación, la particularizaremos para el caso de equilibrio liquido-vapor.El cambio de fase que nos va a ocupar, el volumen molar de la fase vapor v2 es mucho mayor que el de la fase liquida v1 así podemos aproximar ∆V ≈ v2. Utilizando la ecuación térmica de estado del gas ideal, VB = RT/p, obtenemos la aproximación





Esta ecuación se conoce como ecuación de Clausius-Clapeyron. Podemos integrarla fácilmente, admitiendo que el factor ∆h es constante en elintervalo de temperaturas considerado, obteniendo la ecuación



Siendo po la presión atmosférica y To la temperatura de ebullición a esa presión.





3.- REALIZACIÓN:


Material de laboratorio:

Manómetro diferencial.
Bomba de bajo vacío.
Cámara de vapor conectada a un refrigerante de reflujo.
Calefacción.
Termómetro.


Disponemos de un matraz de agua con contenido de platoporoso para estabilizar la ebullición. El matraz se conecta a una cámara de vapor y a una lleve de paso de aire. La cámara está rodeada por una camisa refrigerante para evitar que escape el vapor y contiene un termómetro y un manómetro diferencial con los que medir temperatura y presión. Dicho matraz se encuentra sobre un sistema de calefacción.



Se comienza la práctica anotando losrespectivos valores de presión y temperatura del laboratorio, esta presión será necesaria para consultar la temperatura de ebullición del agua a esa presión. A continuación se realizan los siguientes pasos:

1. Conectar la bomba de vacío para expulsar el aire del sistema y encender el sistema de calefacción.

2. Cuando el líquido se encuentre en ebullición estable anotar los valores de presión y...