Calores de vaporización y condensación

Define el calor de vaporización.
Define el calor de condensación.
Realiza cálculos que impliquen calores de vaporización y condensación.

Las fuentes geotérmicas se evalúan en función de la cantidad de vapor generado

¿Cuánta energía hay disponible?

Los recursos naturales para la generación de energía han sido tradicionalmente los saltos de agua o el uso de petróleo, carbón o energía nuclear para generar electricidad. Se está investigando para buscar otras fuentes renovables para hacer funcionar los generadores. Se están considerando los emplazamientos geotérmicos (como el géiser de la foto) por el vapor que producen. Las capacidades pueden estimarse conociendo la cantidad de vapor que se libera en un tiempo determinado en un sitio concreto.

Calor de vaporización y condensación

La energía se absorbe en el proceso de convertir un líquido en su punto de ebullición en un gas. Al igual que ocurre con la fusión de un sólido, la temperatura de un líquido en ebullición permanece constante y el aporte de energía se destina a cambiar de estado. El calor molar de vaporización $(Delta H_{text{vap}})$ de una sustancia es el calor absorbido por un mol de esa sustancia al pasar de líquido a gas. Cuando un gas se condensa en un líquido, se libera calor. El calor molar de condensación $(Delta H_{text{cond}})$ de una sustancia es el calor liberado por un mol de esa sustancia al pasar de gas a líquido. Dado que la vaporización y la condensación de una determinada sustancia son procesos exactamente opuestos, el valor numérico del calor molar de vaporización es el mismo que el valor numérico del calor molar de condensación, pero de signo contrario. En otras palabras, $Delta H_{text{vap}} = - Delta H_{text{cond}}$ .

Cuando 1 mol de agua a 100°C y 1 atm de presión se convierte en 1 mol de vapor de agua a 100°C, se absorben 40,7 kJ de calor del entorno. Cuando 1 mol de vapor de agua a 100°C se condensa en agua líquida a 100°C, se liberan 40,7 kJ de calor a los alrededores.

$text{H}_2text{O}(l) rightarrow text{H}_2text{O}(g) qquad Delta H_{text{fus}=40,7 text{ kJ/mol} \ text{H}_2text{O}(g) rightarrow text{H}_2text{O}(l) qquad Delta H_{text{solid}}=- 40,7 text{ kJ/mol}$

Otras sustancias tienen diferentes valores para sus calores molares de fusión y vaporización y se resumen en la siguiente Tabla .

$Delta H_{text{vap}}$ (kJ/mol)

Calores molares de fusión y vaporización
Sustancia	$Delta H_{text{fus}}$ (kJ/mol)
Amonia (NH 3 )	5.65	23,4
Etanol (C 2 H 5 OH)	4,60	43.5
Metanol (CH 3 OH)	3,16	35,3
Oxígeno (O 2 )	0,44	6.82
Agua (H 2 O)	6,01	40,7

Nota que para todas las sustancias, el calor de vaporización es sustancialmente mayor que el calor de fusión. Se requiere mucha más energía para cambiar el estado de un líquido a un gas que de un sólido a un líquido. Esto se debe a la gran separación de las partículas en el estado gaseoso. Los valores de los calores de fusión y vaporización están relacionados con la fuerza de las fuerzas intermoleculares. Todas las sustancias de la tabla anterior, a excepción del oxígeno, son capaces de crear enlaces de hidrógeno. En consecuencia, los calores de fusión y vaporización del oxígeno son mucho menores que los de las demás.

Problema de ejemplo: Calor de vaporización

¿Qué masa de vapor de metanol se condensa en un líquido al liberarse 20.0 kJ de calor se liberan?

Paso 1: Enumerar las cantidades conocidas y planificar el problema.

Conocidas

$Delta H_{text{cond}}= -35.3 text{ kJ/mol}$
$text{masa polar CH}_3text{OH}= 32,05 text{ kJ/mol}$

Desconocido

masa metanol = ? g

Primero se multiplican los kJ de calor liberados en la condensación por el factor de conversión de $izquierda(frac{1 text{ mol}}{-35,3 text{ kJ}} derecha)$ para encontrar los moles de metanol que se condensaron. Luego, los moles se convierten en gramos.

Paso 2: Resolver.

$-20,0 text{ kJ} por frac{1 text{ mol CH}_3text{OH}}{-35,3 text{ kJ}} por frac{32.05 text{ g CH}_3text{OH}}{1 text{ mol CH}_3text{OH}}=18,2 text{ g CH}_3text{OH}$

Paso 3: Piensa en tu resultado.

La condensación es un proceso exotérmico, por lo que el cambio de entalpía es negativo. Se condensa un poco más de medio mol de metanol.

Resumen

Se definen los calores polares de condensación y vaporización.
Se ilustran ejemplos de cálculos que involucran estos parámetros.

Práctica

Calcula los problemas 6-7 en el siguiente enlace:

http://ths.sps.lane.edu/chemweb/unit4/problems/heatcalc/index.htm

Repaso

Preguntas

¿Qué es común a todas las sustancias de la tabla excepto el oxígeno?
Cuánto calor se necesita para convertir 2.7 moles de etanol en su punto de ebullición de líquido a vapor?
¿Cuántos moles de agua se condensarán de vapor a líquido si se eliminan 45 Kj?

calor molar de condensación $(Delta H_{text{cond}})$ : El calor liberado por un mol de una sustancia al pasar de gas a líquido.
Calor molar de vaporización $(Delta H_{text{vap}})$ : El calor absorbido por un mol de una sustancia al pasar de líquido a gas.

Química para no licenciados