Tensión de vapor

7/9/2014
Tensión de vapor
Laboratorio de Química Física I
QUIM 4051
Ileana Nieves Martínez
agua
http://www.kidsgeo.com/images/vapor-pressure.jpg
agosto 2014
1
Propósitos

Medir la tensión de vapor de un líquido a
varias temperaturas

Calcular:



la entalpía de evaporación (HV) usando la
ecuación de Classius – Clapeyron
el punto de ebullición normal (Tv)
la entropía molar de evaporación (SV)
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Definiciones

TENSIÓN DE VAPOR - presión sobre la
fase condensada a una temperatura dada.

PUNTO DE EBULLICIÓN - la temperatura
donde la tensión vapor es igual a la
presión externa.

PUNTO DE EBULLICIÓN NORMAL - la
temperatura donde la tensión de vapor es
igual una presión externa de 760 mmHg =
(1 atm).
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Definiciones (continuación)

ENTALPÍA DE EVAPORACIÓN (Hm,v) - La
cantidad total de calor que se requiere para
evaporar un mol de un líquido. (Calor molar
de evaporación).

POTENCIAL QUÍMICO, - la energía libre
de Gibbs (Gm) para un mol de sustancia pura.
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Tensión de Vapor, atm absoluta
Equilibrio líquido - gas
Código de colores
Temperatura, °C
Diagrama de Tensión de Vapor
Propano
Cloruro de metilo
Butano
Neo-pentano
Dietil-éter
Acetato de metilo
Fluorobenceno
2-hepteno
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Vapor_Pressure_Chart.png
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Medidas de tensión de vapor
Condiciones iniciales
Agua líquida
Hg
en el
tubo
Aumento tensión de vapor
Agua líquida
Hg
en el
tubo
Tensión de vapor constante
Agua líquida
Hg
en el
tubo
http://www.hasdeu.bz.edu.ro/softuri/fizica/mariana/Termodinamica/GasLaw/VaporPressureImage.GIF
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Medidas de tensión de vapor
Condiciones iniciales
Agua líquida
Hg
en el
tubo
Aumento tensión de vapor
Agua líquida
Hg
en el
tubo
Tensión de vapor constante
Agua líquida
Hg
en el
tubo
http://www.hasdeu.bz.edu.ro/softuri/fizica/mariana/Termodinamica/GasLaw/VaporPressureImage.GIF
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Derivación de ecuación de Claussius-Clapeyron
S dP l  g
 H vap
d ln P





s g
R
d1 
V dT
T


(1)
Aplica a equilibrio líquido - gas y sólido - gas
Dos fases en equilibrio, 1 y 2 ó  y  ó l y g
fa s e 1
l
s

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



fa s e 2
g
g

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Derivación (continuación)
G  0 Energía Libre de Gibbs en equilibrio a T y P constante
G  0  G2  G1  G  G  Gg  Gl
(3)
Energía Libre de Gibbs molar en equilibrio a T y P constante
 G  0  G 2  G1
(4)
pero : G i  i
(5)
Es el potencial químico para una sustancia pura.
entonces:
G  0  G 2  G1   2  1
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Derivación (continuación)
Sustituyendo (5): G i   i en (4): G i  0   g   l
 g  l

Cambio de fases
(6)
Cambio infinitesimal para mantener el equilibrio: G(T,P) y (T,P)
l  d l   g  d  g
d l  d  g
(7)
d Gl  d G g
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Cambio de fases
dG  dq  dw  PdV  VdP  TdS  SdT
G  H  T S
dG  dH  d TS 
dG   dU  d  PV    d TS 
Cambio de fase es un proceso en equilibrio(reversible) a P constante:
G  0  H  T S
dqPrev
H qPrev


S



 dS  dqPrev  TdS
T S  H
T
T
T
dG  dqrev  dwmax  PdV  VdP  TdS  SdT
dG  TdS  PdV  PdV  VdP  TdS  SdT
dG  TdS  PdV  PdV  VdP  TdS  SdT
dG  VdP  SdT
(8)
Ecuación fundamental de termodinámica
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Equilibrio de fases a P y T
dG  VdP  SdT
dG l  dG g
d l  d  g
(7)
d l  Vml dP  Sml dT  Vmg dP  Smg dT  d  g
(9)
S
g
m
Entonces



 S ml dT  Vmg  Vml dP
dP S m

dT Vm
(10)
(11)
Ecuación de Claussius-Clapeyron
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Regla de Trouton (Entropía)
La conversión de un mol de líquido a un mol de vapor viene
acompañada por la variación en entropía que se puede expresar
por la Regla de Trouton:
S 
qrev H

T
T
(12)
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Regla de Trouton (Entropía)
Sustituyendo (12) en Ecuación de Claussius-Clapeyron (11):
dP  S   H


dT  V  T
 1 


  V 
(13)
descartable
ideal

pero,  V  Vvap  Vl  Vvap
Sustituyendo (14) en (13):
dP Hm,v 1 Hm,v 1


RT
dT
T Vvap
T

P
RTvap
(14)
P

Hm,v P
RT 2
(15)
Separando variables:
dP Hm,v dT

P
R Tv2
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 d ln P  
 
H vap 1
d
T
R
(16)
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Ecuación de Claussius-Clapeyron modificada
Separando variables:
dP H m,v dT

P
R Tv2
(17)
Integrando indefinidamente,

dP
 H v  dT 
  d ln P  


P
R   Tv2 
ln P  
H v  1

R  Tv
(18)

C

(19)
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Interpretación gráfica
ln P
ln P

y

m



H m , v  1 
 C
R  Tv 
m
 x  b
H m ,v
R
Entropía (Regla de Trouton)
S v 
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1/T
H v
Tv
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Aparato para medir tensión de vapor
Manómetro
Condensador
Sensor
de temperatura
Sensor de presión
Bulbo de seguridad
Matraz
Manta
de calentamiento
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Válvula
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