Equilibrio Liquido Vapor

INTRODUCCIÓN

La evaporación y condensación: en un líquido, algunas moléculas tienen una energía cinética suficiente para vencer las fuerzas atractivas y pasar a otro estado. Este proceso se le llama evaporación y su velocidad crece si aumenta la temperatura y si disminuye la energía cinética mínima para ese liquido.

Una molécula gaseosa puede chocar con la superficie del líquido y ser capturado por ella. Este proceso se llama condensación y su velocidad crece con la presión parcial del gas. El líquido y el gas correspondiente establecen un equilibrio cuando la velocidad de evaporación iguala a la de condensación. Para una sustancia y temperaturas dadas, la presión parcial del gas en equilibrio es una constante llamada presión de vapor del liquido (pv).Si la presión parcial del gas es mayor que pv, parte del vapor condensa; si es menor, parte del liquido se evapora, alcanzándose el equilibrio cuando se igualan ambas presiones.

Los líquidos que se evaporan con facilidad se llaman volátiles y tienen presiones de vapor relativamente altas. La cantidad de calor que debe añadirse a un mol de líquido para evaporarlo a temperatura constante y a la presión de equilibrio, se llama entalpia molar de vaporización (Hvap). En condiciones termodinámicas normales (p= 1 atm), se llama entalpia molar normal de vaporización (H° vap). La vaporización es siempre un proceso endotérmico, por lo que sus entalpias son siempre positivas.

Para estudiar la transición entre líquido y vapor es conveniente conocer conceptos como el calor latente o la curva de equilibrio. El calor de vaporización es la cantidad de energía a la que hay que someter un gramo de líquido para transformarlo a su fase gaseosa. Este concepto no es equivalente al del punto de ebullición, en el que se habla de temperatura, sino que al referirse a calor se considera una cantidad de energía. Se designa con Lv.

La ecuación de Clausius-Clapeyron es una manera de caracterizar la transición de fase entre dos estados de la materia, como el líquido y el sólido. En un diagrama P-T (presión-temperatura), la línea que separa ambos estados se conoce como curva de coexistencia. La relación de Clausius-Clapeyron da la pendiente de dicha curva. Matemáticamente se puede expresar como:

dPdT= ∆HT∆V

Donde dPdT es la pendiente de dicha curva, ∆H es el calor latente o entalpía del cambio de fase y ∆V es el volumen.

OBJETIVOS

Determinar la presión de vapor, aplicando la ecuación del gas ideal.

Aplicar la ecuación de Clausius-Clapeyron al equilibrio líquido-vapor.

Determinar las ecuaciones de Antoine, Harlacher y Liley para el equilibrio líquido-vapor.

MATERIAL

2 Soportes universales con pinzas y nuez

1 Termómetro de precisión de 0 a 100 °C

1 Vaso de precipitados de 2 L

1 Agitador de vidrio

1 Probeta graduada de 10 mL.

1 mechero de bunsen

REACTIVOS

HIELO

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Se agregó agua en la probeta hasta la marca de 6 mL (aprox).

2. Se introdujo la probeta invertida al vaso de precipitados de 2 L que se llenó

previamente con agua. Una muestra de 4 a 4.5 mL de aire debió quedar atrapada dentro de la probeta. La probeta debió quedar completamente sumergida en el agua.

3. Se colocó el termómetro en el agua, el bulbo del termómetro quedó a la altura del aire atrapado en la probeta.

4. Se agregó hielo al vaso hasta que la temperatura quedó por debajo de 3°C, (se utilizó hielo para este fin). Se midió la temperatura y el volumen de aire atrapado en la probeta.

5. Con el mechero se calentó y agitó hasta que la temperatura este por encima de 30°C y volver a medir la temperatura y el volumen.

6. Se siguió calentando y agitando. Se tomó mediciones adicionales de temperatura y volumen.

En total se tomaron 12 lecturas, siendo la ultima por encima de 75°C.

La presión atmosférica en el lugar donde se llevó a cabo el experimento es de 580 mmHg (0.7632 atm).

RESULTADOS

Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

T/°C 3 32 39.8 46.5 53.4 60.1 63 68.5 73.5 75 76.5 77.0

Aire/mL 3.7 4.5 4.7 4.9 5.3 5.8 6.1 7.0 8.0 8.6 9.0 9.4

Numero de moles atrapados a la temperatura más baja

PV=nRT Despejando a “n” (numero de moles) n=PV/RT

n=((0.7632atm)(3.7cm^3))/((82.06 (cm^3 atm)/(mol k))(276.15 K)) = 1.2461 x 10-4 mol

Obteniendo los cálculos para obtener los números de moles

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