INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Equipo 3

Tema Tema

ECUACION DE CLAUSIUS-CLAPEYRONECUACION DE CLAUSIUS-CLAPEYRON

In P= ΛH vap+ CRT

Objetivos Generales Objetivos Generales

Conocer y entender la ecuación de Clausius-Conocer y entender la ecuación de Clausius-Clapeyron. Y de esta calcular presión de vapor.Clapeyron. Y de esta calcular presión de vapor.

Aplicarla la ecuación de Clausius-Clapeyron Aplicarla la ecuación de Clausius-Clapeyron para calcular presión de vapor sobre un medio para calcular presión de vapor sobre un medio de cultivo.de cultivo.

Entender como varia la presión de vapor sobre Entender como varia la presión de vapor sobre un medio de cultivo al haber sido inoculado con un medio de cultivo al haber sido inoculado con diferentes microorganismos.diferentes microorganismos.

Antes de hablar de la ecuación de Clausius-Clapeyron tenemos que saber algunos conceptos básicos para su estudio como la

presión de vapor, la cual es el calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura

Ahora bien, la ecuación de Clausius-Clapeyron es una ecuación que se utiliza para calcular la presión de vapor de un líquido a

distintas temperaturas y establece la dependencia de la presión respecto a la temperatura para cualquier sistema bifásico

unicomponente.

El estudio de esta se lleva a cabo por medio de la siguiente formula:

Donde

P1 y P2 son las presiones de vapor. Hvap es el calor latente de vaporización. T1 y T2 son las temperaturas correspondientes a las diferentes presiones. R es la constante de los gases la cual es igual a 8.314 cal/mol ºK.

Para medir el calor de vaporización se coloca un recipiente metálico con una masa Para medir el calor de vaporización se coloca un recipiente metálico con una masa mm de agua de agua sobre un hornillo eléctrico de potencia sobre un hornillo eléctrico de potencia PP. .

La temperatura inicial del agua es La temperatura inicial del agua es TTaa. A medida que transcurre el tiempo, se va elevando la . A medida que transcurre el tiempo, se va elevando la

temperatura del agua, hasta que entra en ebullición a 100 ºC. Anotamos el tiempo temperatura del agua, hasta que entra en ebullición a 100 ºC. Anotamos el tiempo tt11.. El agua se evapora, disminuyendo el nivel de agua en el recipiente hasta que toda el agua se ha El agua se evapora, disminuyendo el nivel de agua en el recipiente hasta que toda el agua se ha

convertido en vapor. Anotamos el tiempo convertido en vapor. Anotamos el tiempo tt22 que transcurre desde el comienzo de la ebullición que transcurre desde el comienzo de la ebullición

hasta que se consume el agua.hasta que se consume el agua.

Medida del calor latente de vaporización

Tendremos las siguientes relacionesTendremos las siguientes relaciones P·tP·t11=m·c·=m·c·(100(100-T-Taa))

P·tP·t22=m·L=m·Lvv

dondedonde L Lvv es el calor de evaporación del agua que es el calor de evaporación del agua que

trataremos de determinar, trataremos de determinar, Eliminamos la cantidad desconocida Eliminamos la cantidad desconocida PP en el sistema de en el sistema de

dos ecuaciones, y despejamos dos ecuaciones, y despejamos LLvv..

Fundamentos FisicoquímicosFundamentos Fisicoquímicos

Sus fundamentos radican desde el estudio Sus fundamentos radican desde el estudio de la termodinámica que es el estudio de la termodinámica que es el estudio científico de la interconversión del calor y científico de la interconversión del calor y otras formas de energía, como por otras formas de energía, como por ejemplo en que la materia no se crea ni se ejemplo en que la materia no se crea ni se destruye, solamente se puede convertir de destruye, solamente se puede convertir de una forma a otra; esto lo aplicamos en el una forma a otra; esto lo aplicamos en el sistema que se vaporiza ya que las sistema que se vaporiza ya que las mismas moléculas que dejan la fase mismas moléculas que dejan la fase liquida son las que regresan a ella.liquida son las que regresan a ella.

Además la termodinámica va relacionada con la Además la termodinámica va relacionada con la ecuación de Clausius-Clapeyron ya que este ecuación de Clausius-Clapeyron ya que este fenómeno tiene mucho que ver sobre la fenómeno tiene mucho que ver sobre la ganancia de energía de un líquido para poder ganancia de energía de un líquido para poder vaporizarse lo que nos acerca a definiciones vaporizarse lo que nos acerca a definiciones tales como la entropía (la cual aumenta al tales como la entropía (la cual aumenta al aumentar el desorden en un sistema, en este aumentar el desorden en un sistema, en este caso el cambio de fases de liquido a vapor), caso el cambio de fases de liquido a vapor), como lo menciona la segunda ley de la como lo menciona la segunda ley de la termodinámica. termodinámica.

Relación del cambio de Presión con respecto al Relación del cambio de Presión con respecto al cambio de temperaturacambio de temperatura

Volumen molarVolumen molar Cambio de entalpíaCambio de entalpía Dos fases en equilibrio de presión y temperatura Dos fases en equilibrio de presión y temperatura

constante.constante.

El resultado siempre tiende a subir la presión conforme la El resultado siempre tiende a subir la presión conforme la temperatura aumenta, solamente que pasando del punto de temperatura aumenta, solamente que pasando del punto de ebullición la presión de vapor se dispara a valores muy altos, ya ebullición la presión de vapor se dispara a valores muy altos, ya que el cambio de fases sigue su curso es decir que mientras el que el cambio de fases sigue su curso es decir que mientras el agua se mantiene en ebullición, la presión de vapor sigue agua se mantiene en ebullición, la presión de vapor sigue aumentando haciendo que la temperatura no varíe mucho ya que aumentando haciendo que la temperatura no varíe mucho ya que en este punto (de ebullición) es el máximo en donde se empieza a en este punto (de ebullición) es el máximo en donde se empieza a vaporizar.vaporizar.

Grafica de In P contra 1/T para determinar Grafica de In P contra 1/T para determinar el el ΛΛvap H de un liquidovap H de un liquido

Pendiente= - Λ vap H

R

Cálculo de la presión de vapor en un cultivo Cálculo de la presión de vapor en un cultivo microbiano a diferentes temperaturasmicrobiano a diferentes temperaturas

Objetivos de la practicaObjetivos de la practica

Detectar el cambio en la presión de vapor Detectar el cambio en la presión de vapor a diferentes temperaturas y de esto a diferentes temperaturas y de esto determinar su valor teórico y experimental.determinar su valor teórico y experimental.

Destacar la aproximación en las Destacar la aproximación en las mediciones experimentales y teóricas.mediciones experimentales y teóricas.

Demostrar la utilidad de la ecuación de Demostrar la utilidad de la ecuación de Clausius-Clapeyron para dichos estudios.Clausius-Clapeyron para dichos estudios.

Desarrollo Experimental:Desarrollo Experimental:

Aparato de presión de vaporAparato de presión de vapor Un micromecheroUn micromechero Una pinza MohrUna pinza Mohr Una probeta de 50 mlUna probeta de 50 ml Pipeta graduada de 25 mlPipeta graduada de 25 ml Perilla de gomaPerilla de goma Un vaso de pp. de 100 mlUn vaso de pp. de 100 ml Un vaso de pp. de 500 mlUn vaso de pp. de 500 ml Cuerpos de ebulliciónCuerpos de ebullición Boba de vacíoBoba de vacío

REACTIVOS

AGUA

PROTOCOLOPROTOCOLO

Se colocan de 10 a 15 ml de agua en el tubo calefactor esto se hace a Se colocan de 10 a 15 ml de agua en el tubo calefactor esto se hace a temperatura ambiente, se ponen cuerpos de ebullición, se tapa con tapón temperatura ambiente, se ponen cuerpos de ebullición, se tapa con tapón de acho, el cual tiene el termómetro decimal, se hace el vacío , hasta de acho, el cual tiene el termómetro decimal, se hace el vacío , hasta alcanzar una diferencia de niveles en el manómetro de aprox. 450 a 480 de alcanzar una diferencia de niveles en el manómetro de aprox. 450 a 480 de Hg.Hg.

Se deja el sistema en reposo por 5 minutos, esto es para ver si no hay fuga.Se deja el sistema en reposo por 5 minutos, esto es para ver si no hay fuga. Se procede a calentar, procurando que la llama del micromechero sea la Se procede a calentar, procurando que la llama del micromechero sea la

minima y a una distancia muy pequeña; (para evitar sobrecalentamiento) , minima y a una distancia muy pequeña; (para evitar sobrecalentamiento) , se observaras en el manómetro al llevar a cabo esta operación, que la se observaras en el manómetro al llevar a cabo esta operación, que la columna de mercurio se desplaza un poco, debido al desplazamiento de las columna de mercurio se desplaza un poco, debido al desplazamiento de las moléculas de aire por el vapor, además del calentamiento del aire.moléculas de aire por el vapor, además del calentamiento del aire.

Al manifestarse la ebullición uniforme, se observa que la columna de Al manifestarse la ebullición uniforme, se observa que la columna de mercurio permanece estática y la temperatura se mantiene constante, esto mercurio permanece estática y la temperatura se mantiene constante, esto es evidencia del equilibrio, se anota la presión manométrica y la es evidencia del equilibrio, se anota la presión manométrica y la temperatura de ebullicióntemperatura de ebullición

Abriendo con mucho cuidado introducimos aire (sin retirar el Abriendo con mucho cuidado introducimos aire (sin retirar el calentamiento), hasta tener una variación de presión manométrica calentamiento), hasta tener una variación de presión manométrica de 5 mmHg con respecto a la anterior, se espera un momento y se de 5 mmHg con respecto a la anterior, se espera un momento y se registra esta nueva temperatura de ebullición y la presión registra esta nueva temperatura de ebullición y la presión manométrica así sucesivamente hasta alcanzar el cero de presión manométrica así sucesivamente hasta alcanzar el cero de presión manométrica.manométrica.

No retirar el calentamiento para mantener la ebulliciónNo retirar el calentamiento para mantener la ebullición Se deja enfriar el sistema, se extrae la sustancia ya analizada con Se deja enfriar el sistema, se extrae la sustancia ya analizada con

ayuda de una pipeta de 25 ml con una perilla, con mucho cuidado ayuda de una pipeta de 25 ml con una perilla, con mucho cuidado se separa el tapón superior del refrigerante y se lava este tubo se separa el tapón superior del refrigerante y se lava este tubo calefactor, secarlo y montarlo , y se prosigue con otra calefactor, secarlo y montarlo , y se prosigue con otra sustancia( caldo tioglicolàto).sustancia( caldo tioglicolàto).

Para caldo tioglicolàto Para caldo tioglicolàto (medio de cultivo)(medio de cultivo)

En el siguiente ejemplo donde tenemos la presión de vapor en el punto de ebullición En el siguiente ejemplo donde tenemos la presión de vapor en el punto de ebullición teniendo en cuenta que el teniendo en cuenta que el Hvap fue determinado. determinando el punto de Hvap fue determinado. determinando el punto de ebullición de el caldo tioglicolàto a presión atmosférica el cual nos dio un punto de ebullición de el caldo tioglicolàto a presión atmosférica el cual nos dio un punto de ebullición de 116ºC, la cual seria nuestra T1 y por ende la presión a 760mm Hg, ebullición de 116ºC, la cual seria nuestra T1 y por ende la presión a 760mm Hg, luego se determino el Hvap con el dispositivo para determinar presión de vapor el luego se determino el Hvap con el dispositivo para determinar presión de vapor el cual arrojo datos a 117ºC con una presión de 785.83 mm Hg, lo cual se verifico con cual arrojo datos a 117ºC con una presión de 785.83 mm Hg, lo cual se verifico con la ecuación de Clausius-Clapeyron.la ecuación de Clausius-Clapeyron.

Resultados que se esperarían tenerResultados que se esperarían tener

Conclusiones del protocoloConclusiones del protocolo

Se detecto por medio del aparato de presión de Se detecto por medio del aparato de presión de vapor la diferencia entre las presiones de vapor, vapor la diferencia entre las presiones de vapor, axial determinando la presión de vapor que axial determinando la presión de vapor que ejerce el liquido al vaporizarse tanto fuera como ejerce el liquido al vaporizarse tanto fuera como sobre el mismo medio.sobre el mismo medio.

Se utilizo la ecuación de Clauisius-Clapeyron Se utilizo la ecuación de Clauisius-Clapeyron para determinar la presión a la que se para determinar la presión a la que se encontraba nuestro sistema a diferentes encontraba nuestro sistema a diferentes temperaturas (por diferencias de temperaturas). temperaturas (por diferencias de temperaturas). Obteniendo resultados favorables.Obteniendo resultados favorables.

EJEMPLOEJEMPLO

Fermentación de carbohidratos en tubos de Durham

Producción de gas, se forma una burbuja dentro del tubo

Microorganismos que producen gas:

Klebsiella pneuoniae

Salmonella thyphi

Enterobacterias:

Escherichia coli

En este caso la Presión de Vapor aumenta

Hay producción de acido, el indicador viro a color amarillo.

Microorganismos que producen acido:

Citrobacter

Proteus vulgaris

Klebsiella pneumoniae

Escherichia coli

Bacillus subtilis

Staphylococcus aureus

En este caso la Presión de Vapor disminuye

Conclusiones Generales.Conclusiones Generales. Conocimos y entendimos la ecuación de Clausius-Conocimos y entendimos la ecuación de Clausius-

Clapeyron. Y de esta calculamos presión de vapor.Clapeyron. Y de esta calculamos presión de vapor.

La aplicamos para calcular presión de vapor sobre un La aplicamos para calcular presión de vapor sobre un medio de cultivo (caldo tioglicolàto).medio de cultivo (caldo tioglicolàto).

Entendimos como varia la presión de vapor sobre un Entendimos como varia la presión de vapor sobre un medio de cultivo al haber sido inoculado con diferentes medio de cultivo al haber sido inoculado con diferentes microorganismos de lo cual concluimos que entre mas microorganismos de lo cual concluimos que entre mas gas produzca un microorganismo existe una mayor gas produzca un microorganismo existe una mayor presión de vapor, y mientras mas solutos excrete por su presión de vapor, y mientras mas solutos excrete por su metabolismo, menor será la presión de vapor.metabolismo, menor será la presión de vapor.

BIBLIOGRAFIA:BIBLIOGRAFIA:

Mc Graw Hill. Raymond Chang. Mc Graw Hill. Raymond Chang. Fisicoquimica. Pag.180-184Fisicoquimica. Pag.180-184

Mc Faddin, J. F. 1984. Pruebas Mc Faddin, J. F. 1984. Pruebas bioquímicas para la identificación de bioquímicas para la identificación de bacterias de importancia clínica. Editorial bacterias de importancia clínica. Editorial Médica Panamericana S. A. México.Médica Panamericana S. A. México.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/física/http://www.sc.ehu.es/sbweb/física/estadística/otros/vapor1/vapor1.htmestadística/otros/vapor1/vapor1.htm