Energía de vaporización del agua

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Energía de vaporización del agua

En este experimento se mide la entalpía de vaporización del agua.
Para ello, se utiliza un generador de vapor para obtener una corriente de vapor que se hace pasar por una masa de agua fría conocida. El vapor de agua condensa, liberando energía y aumentando la masa y la temperatura del agua del vaso termostático, datos que se utilizan para hacer un balance de energía del sistema.

Enlace al guión de laboratorio.

Material

- Mechero Bunsen u hornillo
- Matraz Erlenmeyer
- Tapón bihoradado
- Probeta, vaso de precipitado
- Soporte, nuez, aro y rejilla
- Nuez y pinza
- Manguera de goma
- Tubo de vidrio
- Vaso termostático
- 2 termómetros

.

El vaso termostático suele ser parte del material habitual de los equipos de termología o de mecánica.
El vaso termostático tiene una doble pared de vidrio y es relativamente frágil, hay que manejarlo con precaución.
Se puede construir un vaso termostático bastante operativo metiendo un vaso de plástico pequeño dentro de uno grande y rellenando el espacio entre ellos con papel arrugado, que aisla e impide que los vasos se toquen y haya conducción.
El generador de vapor se puede hacer con cualquier cacerola con tapa que cierre bien y tenga una salida a la que acoplar la manguera. Una olla a presión vieja sólo necesita acoplarle la manguera al tubo de salida de la tapa. El termómetro del generador es prescindible.

Comentarios a la preparación del montaje

PRECAUCIÓN. Si se trabaja con fuego y con agua caliente hay que tomar las precauciones adecuadas. Conviene tener a mano pomada para quemaduras.
La manipulación del tubo de salida del vapor es la principal causa de quemaduras en este trabajo.

El vaso termostático viene con una tapa que completa el aislamiento. En este experimento se trabaja con temperaturas bajas, es poco útil y molesta bastante para la manipulación. Es perfectamente prescindible.
Tener en cuenta el calor absorbido por el vaso termostático complica muchísimo el experimento. Se puede omitir si se trabaja con bajas temperaturas y pequeños incrementos de la temperatura, como es el caso.
La prueba de condensación del vapor en el vaso de precipitado debe hacerse en alto, con buena visibilidad, para comprobar la condensación del vapor y la desaparición del agua condensada al mezclarse con el agua fría.
Hay que asegurarse de que la manguera que conduce el vapor queda bien sumergida en al agua fría del vaso termostático, de forma que la burbuja de vapor pueda condensar antes de llegar a la superficie. .

Aspectos didácticos

Este trabajo pretende:

- Medir experimentalmente la entalpía de cambio de estado, la de la vaporización del agua.
- Construir y utilizar un generador de vapor.
- Aplicar la conservación de la energía a los intercambios de calor en el vaso termostático.

Si no se ha visto ya, conviene hacer ver que lo que en el laboratorio llamamos vaso termostático es un termo doméstico, con el que están familiarizados.
Desmontar un termo o vaso termostático y hacer ver cómo está diseñado para evitar la conducción (doble pared), la convección (hecho el vacío entre las dos paredes) y la radiación (paredes plateadas) y así reducir al mínimo la transmisión de energía a través de sus paredes.
Es importante que observen la condensación del vapor al entrar en contacto con el agua fría, aumentando la tempertura y la masa de esta.
Este sistema de calefacción es el que utilizan las cafeteras en los bares para calentar la leche mediante el vapor que sale por un tubo metálico que se introduce en la leche fría. Calienta la leche y le añade agua, diluyéndola.
Al condensar el vapor en el agua fría pueden quedar pequeñas burbujas que no desaparecen y llegan a la superficie. Son pequeñas burbujas del aire que queda en el matraz y que el vapor arrastra.
Hay que señalar que la entalpía de vaporización que se obtenga experimentalmente será inferior a la teórica, debido a que en el procedimiento habrá siempre pérdidas de energía.
El cálculo de la entalpía de vaporización a partir de los datos experimentales exige trabajar con las temperaturas inicial y final, las masas inicial y final del agua fría del vaso termostático y la temperatura del vapor de agua, bien medida, bien aproximada a 100ºC.
Hay que lograr que los alumnos los dispongan estos datos con orden antes de lanzarse a utilizar las ecuaciones calorimétricas
Es frecuente que les cueste darse cuenta de que la temperatura final es la misma para el agua fría y para el vapor condensado y defiendan que "falta una temperatura".
El trabajo con el balance de energía da problemas con los signos. Trabajar con "calor ganado" y "calor perdido" e igualarlos suele simplificar el cálculo.