UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE QUMICA

LABORATORIO DE EQUILIBRIO Y CINTICA

INFORME DE PRCTICA N 3 EQUILIBRIO LQUIDO-VAPOR. PRESIN DE VAPOR Y ENTALPA DE VAPORIZACIN DEL AGUA

EQUIPO 3

CERN RAMREZ LAURA B.GARCA NUEZ KAREN NALLELYSOLANO DE YTA JOS ALEJANDROZAPOT ROSALO GUADALUPE

GRUPO 4

LABORATORIO L-102.

HORARIO. LUNES DE 14:00 A 17:00

SEMESTRE: 2015-2

A1. OBJETIVOS

Comprender e interpretar el significado de las variables termodinmicas presentes en la ecuacin de Clausius-Clapeyron para aplicarlas en la determinacin de la entalpa de vaporizacin de una sustancia.

Se busca determinar los valores de presin de vapor del agua a diferentes temperaturas para describir y determinar la relacin entre ambas variables. Tambin se busca calcular la entalpa de vaporizacin del agua a partir de los datos experimentales y obtener los parmetros de la ecuacin de Clausius-Clapeyron.

A1.1 INTRODUCCIN

Un cambio de fase en el cual las molculas se separan an ms (como la evaporacin) requiere de energa y por consiguiente se habla de un proceso endotrmico. Cuando hay un proceso que junta a las molculas, se habla de proceso exotrmico. Debido a que los cambios de fase en la naturaleza se dan, casi siempre, a presin constante, se identifica a la transferencia de calor como la entalpa para un dado cambio de fase.

La diferencia en la entalpa molar entre los estados lquido y vapor de las sutancias se denomina entalpa de vaporizacin.

H vap = Hvap - HLiq

En estos casos, los valores de entalpa son positivos, dando a conocer que el proceso es endotrmico y requiere de la cantidad de energa mencionada para darse la transicin de fase.

La cantidad de energa necesaria para inducir un cambio de fase, depende directamente de las interacciones intermoleculares ya que, para separar una interaccin fuerte (puente de hidrgeno, por ejemplo) se requiere una energa grande para separar las molculas e inducir la evaporacin.La ecuacin de Clausius-Clapeyron relaciona un cambio de fase en una sustancia pura para un diagrama PT (Presin-Temperatura)

La ecuacin de Clasius-Clapeyron slo es aplicable para obtener la presin de vapor de un slido o un lquido a una cierta temperatura, conocido otro punto de equilibrio entre las fases. Esto es as porque para llegar a esta expresin desde la ec. de Clapeyron se hace la aproximacin de despreciar el volumen molar del slido o del lquido frente al del gas, que adems se supone de comportamiento ideal.La ecuacin es, de inicio, una ecuacin diferencial que, al ser integrada obtiene la forma algebraica siguiente:

A1.2. PROBLEMA

Determinar la entalpa de vaporizacin del agua.

A2. PROPUESTA DEL DISEO EXPERIMENTAL

Metodologa Empleada: En una probeta de aproximadamente 100 ml, se coloca un volumen aproximado de 70 ml de agua, la probeta junto con su contenido se invierten y se sumergen dentro de un vaso de precipitados, que contiene alrededor de 700ml de agua. Se observa de manera inmediata que se forma una zona que contiene una mezcla de aire y vapor de agua en el interior de la probeta, la cual se considerara como el sistema de estudio. Se disminuye la temperatura del agua contenida en el vaso de precipitados hasta alcanzar un equilibrio de 0C, una vez alcanzado dicho punto se comienza a elevar la temperatura progresivamente hasta alcanzar 65C aproximadamente.Tabla 1. Datos Experimentales y Calculados.evento T (C)V exp (mL)T(K)Vaire calcV vapor calc Y(aire)Y(vapor)Pparcial airePvapT-1ln Pvap

12514.4298.1514.290.110.28580.0022167.1931.2870.003354020.25231393

23014.6303.1514.530.070.29060.0014170.0010.8190.0032987-0.1996712

33515308.1514.770.230.29540.0046172.8092.6910.003245170.98991287

44015.6313.1515.010.590.30020.0118175.6176.9030.003193361.9319561

54516.2318.1515.250.950.3050.019178.42511.1150.003143172.40829555

65017.4323.1515.491.910.30980.0382181.23322.3470.003094543.10669208

75518.4328.1515.732.670.31460.0534184.04131.2390.003047393.44166731

86019.6333.1515.973.630.31940.0726186.84942.4710.003001653.74882149

96521.4338.1516.215.190.32420.1038189.65760.7230.002957274.10632254

Grficas.Grafico 1.

Grafico 2.

Anlisis de resultadosIndicar que gases se encuentran confinados en la parte superior de la probeta entre 30C y 70C. R= A esa temperatura se encuentra la presin de vapor y el aire Sealar cul es el gas dentro de la probeta cuando la temperatura es de 0C y explicar cul es la utilidad de esa informacin. R=a la temperatura de 0C slo se encuentra el aire ya que el vapor de agua no hay o hay en una mnima cantidad, debido a que no hay vapor de agua, se puede calcular el volumen exacto que hay de aire dentro de la probeta.Explicar qu tipo de relacin existe entre la presin de vapor y la temperatura, de acuerdo al comportamiento que se observa en el grfico 1. R=se puede ver que en la grfica conforme aumenta la temperatura, tambin aumenta la presin de vapor, es una relacin directamente proporcional ya que como sabemos al aumentar la temperatura aumenta la energa cintica de las molculas lo que propicia su cambio de estado. Analizar qu tipo de relacin que se presenta entre el logaritmo natural de la presin de vapor del agua y el inverso de la temperatura absoluta (grafico 2). Expresar la ecuacin que describe el comportamiento de estos datos. R= en este caso es una relacin inversamente proporcional a la anterior y la ecuacin que la representa es: y = -11240x + 37.585Explicar que informacin proporciona la pendiente de la ecuacin establecida anteriormente, e indicar sus unidades. R= m= sus unidades son Calcular la entalpia de vaporizacin del agua a partir de la pendiente del grfico 2.La ecuacin de la grfica 2 es: y = -11240x + 37.585Nuestra primera temperatura es con la que iniciamos y es 273.15K 0C si lo sustituimos en la ecuacin:Y=-11240(1/273.15)+37.585=3.57De la ecuacin de (RT)(Lnp-b)=(-3.57)- 37.585)](8.314)(273.15) 82464.41 J/mol = 40650 J/mol%error=102.8644

Nota: experimentalmente se hicieron 14 mediciones de las cuales las primeras 5 se quitaron de la tabla de datos ya que no haba cambios significativos en las mediciones.

Lenguaje termodinmico1. Definir cul es el sistema termodinmico El sistema termodinmico fue la probeta sumergida en agua dentro de la tina 2. Cuntos componentes tiene el sistema y cules son?El sistema est compuesto por el aire que est dentro de la probeta y el agua 3. Clasificar este sistema de acuerdoA) al nmero de fases: el sistema tiene 3 tipos de fases, el lquido que es el agua, el aire que es el gas y la presin de vapor.b) en su interaccin con el entorno: el sistema es cerrado ya que puede intercambiar energa pero no materia 4. Cules son las paredes de sistema y como se clasifican A) por la interaccin mecnica-entorno: las paredes son rigidas ya que estn determinadas por la probeta y por lo tanto no se pueden deformar B) Por la interaccin trmica sistema-entorno: es diatrmica ya que permite el paso del calor a travs de ellas C) Por el paso de materia sistema entorno?: es impermeable ya que no deja pasar nada

INVESTIGAR 2 APLICACIONES DEL TEMA DE LA PRCTICA EN LA INDUSTRIA.

El vapor es usado en un gran rango de industrias. La aplicaciones ms comunes para el vapor son, por ejemplo, procesos calentados por vapor en fbricas y plantas, y turbinas impulsadas por vapor en plantas elctricas, pero el uso del vapor en la industria se extiende ms all de las antes mencionadas.

*Vapor para CalentamientoVapor de Presin PositivaEl vapor generalmente es producido y distribuido en una presin positiva. En la mayora de los casos, esto significa que es suministrado a los equipos en presiones mayores a 0 MPaG y a temperaturas mayores de 100C (212F).Las aplicaciones de calentamiento para vapor a presin positiva se pueden encontrar en plantas procesadoras de alimentos, plantas qumicas, y refineras solo por nombrar algunas. El vapor saturado es utilizado como la fuente de calentamiento para fluido de proceso en intercambiadores de calor, reactores, reboilers, precalentadores de aire de combustin, y otros tipos de equipos de transferencia de calor.En un intercambiador de calor, el vapor eleva la temperatura del producto por transferencia de calor, el cual despus se convierte en condensado y es descargado a travs de una trampa de vapor.*Vapor para Impulso/MovimientoEl vapor se usa regularmente para propulsin (as como fuerza motriz) en aplicaciones tales como turbinas de vapor. La turbina de vapor es un equipo esencial para la generacin de electricidad en plantas termoelctricas. En un esfuerzo por mejorar la eficiencia, se han realizado progresos orientados al uso del vapor a presiones y temperaturas an mayores. Existen algunas plantas termoelctricas que utilizan vapor sobrecalentado a 25 MPa abs (3625 psia), 610C (1130F), presin supercrtica en sus turbinas.Generalmente el vapor sobrecalentado se usa en las turbinas de vapor para prevenir daos al equipo causados por la entrada de condensado. Sin embargo, en ciertos tipos de plantas nucleares, el uso de vapor a altas temperaturas se debe de evitar, ya que podra ocasionar daos al material usado en las turbinas. Se utiliza en su lugar vapor saturado a alta presin. En donde se usa vapor saturado, generalmente se instalan separadores en la lnea de suministro de vapor para remover el condensado del flujo de vapor.Adems de la generacin de energa, otras aplicaciones tpicas de impulso/movimiento son los compresores movidos por turbinas o las bombas.

Conclusiones: En esta prctica logramos observar que hay una relacin directamente proporcional entre la presin de vapor y la temperatura, esto es, que a mayor temperatura la presin de vapor tambin es mayor, debido al aumento de la energa cintica de las partculas. Tambin aprendimos que la grafica de InPvap en funcin del inverso de la temperatura nos ayuda a encontrar cualquier presin de vapor que necesitemos con base al inverso de una temperatura dada, despus de usar la exponencial, y posteriormente ayudarnos a conocer el valor del H de vaporizacin.

A11. BIBLIOGRAFA

Atkins P.W. Principios de Qumica, los caminos del descubrimiento 3ra edicin. Editorial Panamericana. 2005. Mxico DF. PP. 217

TLM, Compaa Especialista En Vapor, Aplicaciones Principales Para El Vapor Del Agua, [En Lnea], Consultado: 28 De Febrero de 2015 a las 18:26hrs. ,Disponible en: http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/principal-applications-for-steam.html#toc_4

Universidad Autnoma De Madrid, Fundamentos De Termodinmica, Equilibrio de Fases, [En Lnea], Consultado: 1 De Marzo De 2015 a las 21:24hrs, Disponible en: http://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema5/tema5.php