I. OBJETIVO GENERAL
Comprender e interpretar el significado de las variables termodinámicas involucradas en la
ecuación de Clausius-Clapeyron, para aplicarlas en la determinación de la entalpía de
vaporización de una sustancia.
II. OBJETIVOS PARTICULARES
a. Determinar valores de presión de vapor del agua a distintas temperaturas, para representar y
describir la relación que se presenta entreambas variables.
b. Calcular la entalpía de vaporización del agua a partir de los datos experimentales y obtener
los parámetros de la ecuación de Clausius-Clapeyron.
III. PROBLEMA
Determinar la entalpia de vaporización del agua.
A1. CUESTIONARIO PREVIO
1. Describir a qué se refieren los equilibrios físicos y que características termodinámicas los definen.
Se da en dos fases de la mismasustancia, ya que sufre procesos físicos, en un equilibrio de fases son los procesos físicos como la congelación y la ebullición.
2. Indicar cuál es la diferencia entre un gas y un vapor.
Un gas es una sustancia que normalmente se encuentra en el estado gaseoso a temperaturas y presiones ordinarias; un vapor es la forma más gaseosa de cualquier sustancia que constituye un liquido o un solido atemperaturas y presiones normales.
3. Explicar que es la presión de vapor, en que unidades se expresa y cuales son los factores que afectan.
Si se coloca cierta cantidad de un líquido puro en un recipiente evacuado que tiene un volumen mayor que el del líquido, una porción del liquido se evaporara hasta llenar de vapor el volumen restante. Suponiendo que queda una cierta cantidad de líquido una vezestablecido el equilibrio, la presión de vapor en el recipiente es solo una función de la temperatura del sistema, esta presión desarrollada es llamada presión de vapor.
La presión de vapor se expresa usando una variedad de unidades, incluyendo los pascales (Pa), milímetros de mercurio (mm Hg equivalente a Torr), libras por pulgada cuadrada (lb/pulg 2) y atmósferas (atm).
1 Pa = 1 kg/m•s2
1 Pa =7.5 x 10-3 mm Hg (Torr)
1 kPa (kilopascal)= 1000 Pa= 7.5 mm Hg (Torr)
1 mPa (milipascal) = 0.001 Pa = 7.5 x 10-6 mm Hg (Torr)
1 atm = 101.325 kPa (kilopascal)
1 atm = 14.70 lb/pulg 2
La unidad del sistema internacional de presión de vapor es en pascales (Newton /m2) o en milipascales (10 –3 Pa)
Los factores que afectan a la presión de vapor son:
a) Para un liquido la presión de vaporaumenta a medida que aumenta la temperatura.
b) Liquidos diferentes a la misma temperatura presentan presiones de vapor diferentes.
4. Explicar qué es la entalpía de vaporización, en que unidades se expresa y cuales son los factores que la afectan.
La entalpia de vaporización es la energía o calor necesario para pasar 1 mol de liquido a vapor.
5. Investigar que utilidad tiene la ecuación deClausius-Clapeyron y explicar el significado de los términos que aparecen en ella.
La ecuación relaciona la presión de vapor, la temperatura y el calor de vaporización.
La ecuación de Clapeyron permite determinar el cambio de entalpía asociado con un cambio de fase (como la entalpía de vaporización ) a partir del conocimiento único de , y .
Consideremos la relación de Maxwell
Durante unproceso de cambio de fase, la presión es la de saturación, que depende sólo de la temperatura y es independiente del volumen específico,.es decir,
Por otro lado, la derivada parcial
puede expresarse como la derivada total
que es la pendiente de la curva de saturación sobre un diagrama en el estado de saturación específico. Esta pendiente no depende del volumen específico de la ecuación entre losdos estados de saturación a la misma temperatura. Un proceso isotérmico. de cambio de fase líquido-vapor, por ejemplo, la integración produce
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o bien
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Durante este proceso la presión también permanece constante.
Si se sustituye este resultado en la ecuación se obtiene
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que recibe el nombre de ecuación de Clapeyron en honor al ingeniero y físico francés E….
