El nitrógeno tiene un punto de ebullición de -196 °c a una presión de 1 atm. Cuál es el punto de ebullición en la escala °k y °f.
Ayuda, por favor.
Respuestas
Respuesta:
El nitrógeno líquido es un refrigerante muy útil para los experimentos a baja
temperatura. Su punto de ebullición normal es -195,8 ºC y su presión de vapor a -200,9
ºC es 400 Torr. El nitrógeno líquido puede enfriarse haciendo vacío a fin de reducir la
presión sobre el líquido. Si regulamos la presión a 30 Torr ¿Qué valor de temperatura se
alcanzará cuando el nitrógeno entre en ebullición en esas condiciones?
Teb (1 atm) = -195.8 °C ⇒ Pvap (-195.8 °C) = 1atm <> 760 Torr
Pvap (-200.9 °C) = 400 Torr.
Teb (30 Torr) = ?
La ecuación de Clapeyron dice:
vap
vap
T v
H
T
P
∆
∆
=
∆
∆
En el caso del proceso de ebullición paso Líquido – Vapor y considerando en vapor
de N2 un gas ideal:
vap
vap L V V L V
P
RT ∆v = ∆v → = v − v ≈ v =
P
RT
H
T v
H
T
P
2
vap
vap
vap ∆
=
∆
∆
=
∆
∆ ; separando variables e integrando:
∫ ∫ ∆
= dT
RT
H
P
dP
2
vap
−
∆
= −
2 1
vap
1
2
T
1
T
1
R
H
P
P
Ln
− +
−
− +
∆
= −
( 195 8. 273)
1
( 200 9. 273)
1
.1 987
H
760
400 Ln vap
∆Hvap = 1391.9 cal mol-1
− +
= − −
( 195 8. 273)
1
T
1
.1 987
1391 9.
760
30 Ln
3
T (30 Torr) = 56.9 K
∆Hvap = 1397.5 cal mol-1
Problema 2
Para una determinada sustancia las coordenadas del punto triple son (0,74 atm, 330 K) y
las del punto crítico (1,25 atm, 400 K). Dibuje aproximadamente el diagrama P-T si su
temperatura de fusión normal es de 333 K y señale en el mismo la temperatura normal
de ebullición y la presión necesaria para sublimar el sólido a 300 K. En esta especie
¿Para una misma masa, será mayor el volumen del sólido o el del líquido?
Punto triple (P, T) = (0.74 atm, 330 K)
Punto crítico (P, T) = (1.25 atm, 400 K)
Tfus (1 atm) = 333 K ⇒ (1 atm, 333 K)
Teb (1 atm) = ?
Psublimar (300 K) = ?
250 275 300 325 350 375 400 425 450
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
(365.5, 1)
Vapor
Líquido
(400, 1.25)
(333, 1)
P (atm)
T (K)
(330, 074)
Sólido
Teb(1 atm) = 365.5 K)
P = -1.664 + 0.00729 T
Para estimar la temperatura de ebullición normal podemos hacer uso de la
ecuación de Clausius-Clapeyron. Tenemos dos puntos de la curva de equilibrio
líquido-vapor, por tanto suponiendo que se cumple en dichos puntos la ecuación de
Calusius-Clapeyron
−
∆
= =
−
∆
=
400
1
330
1
74.0
1 1 25.1
2 2 1
1
R
H
Ln
R T T
H
P
P
Ln vap vap
Despejando: K
Ln
R
Hvap 988 58.
400
1
330
1
74.0
25.1
=
−
=
∆
Volviendo a despejar el valor de T a la P = 1 atm en la ecuación de CalusiusClapeyron tendremos la estimación de la temperatura de ebullición normal:
= = −
−
∆
=
400
1 1
988 58. ·
1
1 1 25.1
1
1
T
Ln
R T T
H
P
P
Ln vap
K
Ln
T 343 6.
(400 5.1 988 58. )
988 58. 400
=
× +
×
=
T(Gráficamente) = 366; T(Clausius-Clapeyron) = 344 K
Con los datos de que se dispone no es posible obtener la presión necesaria para
sublimar el sólido a 300 K.
Teniendo en cuenta que ∆HS→L > 0, la ecuación de Clapeyron y el diagrama de
equilibrio de fases (∆P/∆T > 0):
∆vS→L > 0 ⇒ v = V/n = m/nρ = M/ρ ⇒ 0
1 1
L S
>
ρ
−
ρ
ρS > ρL
Explicación: