Calor de Vaporizacion

CALOR DE VAPORIZACION

MARLEIVING OTERO VEGA MARIA ANGELICA PADILLA MERCADO MIGUEL ALBERTO MOLINA SOLANO

ING. MARLEY VANEGAS CHAMORRO TERMODINAMICA QUIMICA II

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA QUINTO SEMESTRE BARRANQUILLA 2008

INTRODUCCION Una misma sustancia puede presentarse en tres estados: sólido, líquido o gaseoso. Los cambios de estado también se denominan cambios de fase. Dicha sustancia puede cambiar de fase mediante una absorción o una liberación de calor, dependiendo de la modificación de temperatura o presión que experimente. El cambio de estado, o paso de la fase líquida a la fase de vapor, de una sustancia se denomina vaporización. La vaporización puede tener lugar de dos formas: * A cualquier temperatura: el líquido pasa lentamente a estado gaseoso, denominándose el proceso evaporación. El paso es lento porque son las partículas que se encuentran en la superficie del líquido, en contacto con la atmósfera, las que se van escapando de la atracción de las demás partículas cuando adquieren suficiente energía para liberarse. Partículas del líquido que se encuentran en el interior no podrán recorrer demasiado antes de ser capturadas de nuevo por las partículas que la rodean. De ahí que cuanto mayor sea la superficie libre del líquido, tanto más rápida será su evaporación. * A una temperatura determinada: se produce el paso de líquido a gas en todo el volumen del líquido, entonces el proceso se denomina ebullición. Esta temperatura se llama punto de ebullición. Aquí, cualquier partícula del interior o de la superficie adquiere suficiente energía para escapar de sus vecinas, haciéndolo de forma tumultuosa; la energía se la proporciona la fuente calorífica que le ha llevado a dicha temperatura. Todo proceso de vaporización implica la absorción de calor por parte del líquido respecto del entorno. La cantidad de calor necesaria para transformar la unidad de masa de un líquido en vapor, a la temperatura de ebullición, se denomina calor de vaporización H v. En el agua Hv equivale a 540 cal/g.

OBJETIVOS •

Hallar experimentalmente la entalpía de vaporización de un líquido por medio de un método eléctrico.

•

Determinar el calor como una forma de energía combinando conceptos termodinámicos y eléctricos.

•

Implementar procesos de ebullición diferentes a los que requieren un cambio en la temperatura.

MARCO TEÓRICO Para que una sustancia pase de la fase líquida a la fase de vapor se necesita una absorción de energía por parte de las moléculas líquidas, ya que la energía total de estas es menor que la de las moléculas gaseosas. El calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporización. Determinar el calor de vaporización de forma empírica es muy sencillo, y no sólo por métodos que requieran suministros de calor. Existe una forma igual de efectiva, que consiste en suministrar energía eléctrica al líquido provocando que los átomos que conforman la sustancia absorban dicha energía y se exciten, siendo el calor el único medio por el cual pueden liberar la energía ganada. Simplemente, se trata de hacer circular una corriente de I amperios a través de una resistencia sumergida en un líquido, la cual se encuentra sometida a una diferencia de voltaje V, durante un tiempo t. De esta forma se puede conocer el calor suministrado al líquido según la expresión:

Este calor suministrado al líquido se empleará en incrementar su temperatura, hasta llegar a la temperatura de ebullición y pasar de la fase líquida a la gaseosa. A continuación se condensa el vapor formado el cual es recogido en un recipiente graduado, siendo m la masa de líquido recogido. Una vez conocido este dato y a partir de la definición del calor de vaporización, se ha de cumplir que:

Para que se cumpla esta ecuación se debería utilizar todo el calor producido por la resistencia en evaporar el líquido, pero en este caso se producen pérdidas de calor a través de las paredes del recipiente, por ello la ecuación anterior se modifica según:

En esta nueva ecuación aparecen dos incógnitas, es función del tiempo, por ello para determinar

y , de las cuales bastará con hacer

dos medidas con valores distintos de V, I y t, teniendo de esta forma dos ecuaciones.

Considerando que las pérdidas de calor en las dos medidas son proporcionales a los tiempos empleados ya que la temperatura de ebullición será prácticamente la misma en ambos ensayos, para eliminar y bastará con dividir cada una de las ecuaciones por el tiempo empleado en cada una de las mediciones.

De esta forma se obtiene:

Supuesto que:

MATERIALES  Fuente de 12 V y 0,5 A.  Multímetro  Cronómetro

 Potenciómetro  Unidad de calentamiento  Erlenmeyer (2)

 Refrigerante  Tapón de hule  Cables

PROCEDIMIENTO Para llevar a cabo la experiencia se utilizo agua como líquido problema. Se realizo el montaje como se muestra en la figura 1. Fig. 1

 Para comenzar se agregaron 100 ml de agua en un erlenmeyer de 150 ml.  Se introduce la resistencia eléctrica de forma que este en contacto permanente con el agua, sin tocar las paredes del erlenmeyer.  Se tapa el erlenmeyer utilizando un corcho el cual debe tener dos orificios, uno para la entrada de los cables y el otro para la salida del vapor hacia un condensador.  El tapón no puede presentar ningún escape pues provocaría errores en las medidas.  La corriente se ajusta para que la destilación sea uniforme, se deja

un voltaje constante hasta que se alcanza el régimen estacionario, el cual se detecta por un goteo uniforme.  Cuando se obtienen alrededor de 15 ml de destilado, el sistema debe encontrarse en equilibrio térmico, en este momento se procede a reemplazar el erlenmeyer por otro de peso conocido.  Se calcula el tiempo (t), la corriente (I), el voltaje (V) y el peso del liquido w, en el que se destilan 25 ml de líquido.

 Se deja reposar el sistema, posteriormente se repiten los pasos anteriores ajustando la corriente de 0,7 a 0,8 del valor anterior.  Se calcula nuevamente el tiempo, el voltaje y el peso del líquido para la nueva corriente.

ANALISIS DE RESULTADOS

Al realizar el experimento, se registraron los siguientes datos: TABLA 1. Medición 1. Medición 2

V 121 97

I(A) 3,5 2,58

m(Kg) 0,0226 0,0328

Estos datos los reemplazamos en la ecuación:

t(s) 98,95 226,76

Este valor obtenido es el experimental, que se puede comparar con el valor teórico de entalpia de vaporización del agua con el fin de hallar el error relativo. La entalpia de vaporización del agua a 100°C es 540 cal/Kg (2259,36 KJ/Kg) Aplicando la formula de error relativo:

CONCLUSION

La vaporización es el paso de una sustancia de la fase líquida a la fase de vapor o fase gaseosa. Cuando la vaporización se efectúa en el aire recibe el nombre de evaporación. La evaporación afecta principalmente a las moléculas de la superficie del líquido. Cada molécula de la superficie está rodeada por un menor número de sus compañeras; ello hace que puedan vencer con más facilidad las fuerzas atractivas del resto del líquido e incorporarse al aire como vapor.

El aumento de temperatura activa este proceso. Para cada valor de la presión exterior existe una temperatura para la cual la

vaporización se vuelve violenta, afectando a todo el líquido y no sólo a su superficie. Esta forma de vaporización se denomina ebullición. El punto de ebullición de un líquido depende de las condiciones de presión exterior, siendo tanto más elevado cuanto mayor sea ésta.

Para que ocurra este proceso de vaporización las moléculas del líquido absorben energía de sus alrededores, esta energía es conocida como calor de vaporización y representa el calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura.

BIBLIOGRAFIA

 http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente  http://termica.uc3m.es/alumn/TI/guiones%20html/hlv.pdf  http://www.fisica.unlp.edu.ar/materias/FEII/Laboratorio8.doc.

ANEXOS Multímetro.

Condensador

Erlenmeyer