Presión de vapor de los líquidos

Temperatura. Termodinámica. Aspectos físicos y químicos. Ecuación de Clausius-Clapeyron

  • Enviado por: Andrés Restrepo
  • Idioma: castellano
  • País: Colombia Colombia
  • 6 páginas

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Presión de Vapor de los Líquidos

En este trabajo, queremos dar a conocer una clara definición de lo que es la presión de vapor de un liquido, como es el comportamiento de una substancia al someterla a ciertos cambios de temperatura y la influencia que estos cambios tienen sobre la presión de vapor en el liquido.

Para poder entender mejor estos comportamientos necesitamos de unas herramientas de mucha ayuda, las ecuaciones termodinámicas, de las cuales veremos cual es su procedencia y su respectiva utilidad.

Como en todo, para poder comprender mejor cualquier cosa, es mucho mejor tener claros ciertos conceptos, en nuestro caso daremos unas definiciones de algunos términos que necesitamos para una mejor asimilación.

La Presión de Vapor de los Líquidos es una de las propiedades más adecuadas para el conocimiento de lo que es el estado liquido, esta propiedad se encuentra defendida como la presión del vapor que produce el equilibrio entre el vapor y el liquido.

Esto ocurre cuando un liquido se evapora dentro de un espacio de proporciones limitadas, por que en el momento que se da la vaporización aumenta el numero de moléculas en estado de vapor y provoca un aumento en la presión ejercida por el vapor. Esta presión se debe a los choques de las moléculas que lo forman contras las superficies que lo están limitando. Pero cuando estas moléculas gaseosas chocan contra la superficie del liquido queda influenciada por las fuerzas atractivas de las moléculas del liquido y quedan retenidas allí formando otra ves parte del liquido.

Aspectos Fisicoquímicos

Partiendo de la base que la energía libre de un liquido es igual a la energía libre de 1 mol de vapor que se encuentre en equilibrio con el liquido, podemos decir que: Gliq = Gvap y como es en equilibrio, la variación que se presenta es infinitesimal entonces:

dGlig = dGvap.

dG = ("G/"P)T dP + ("G/"T)P dT

dG = v dP - sdT

el equilibrio no indica que las dos fases se encuentran a iguales condiciones de presión y de temperatura de donde:

dP SVAP - SLIQ

---- = ------------------

dT VVAP - VLIQ

como calor absorbido en la transformación que conduce al equilibrio es igual al calor de vaporización del liquido entonces:

n=1 n=1

SVAP - SLIQ = " (HVAP/ T) dn = (HVAP/ T) " dn

n=0 n=0

SVAP - SLIQ = (HVAP/ T)

Sustituyendo en la relación y si tenemos en cuenta que el volumen del liquido es despreciable comparado con el volumen del vapor me queda que:

dP HVAP

---- = ------------------ Ecuación # 1

dT T * VVAP

si el vapor en equilibrio es considerado como un gas ideal:

VVAP = (RT)/P sustituyendo en la Ecuación # 1 y simplificando obtengo la ecuación de Clausius - Clapeyron:

dP HVAP * P

---- = ------------------- Ecuación de Clausius - Clapeyron

dT RT2

Generalmente esta ecuación es utilizada en forma diferencial así:

d(lnP) HVAP

--------- = ---------------

dT RT2

d(lnP) HVAP

--------- = ---------------

d(1/T) R

Al representar los valores del logP en función de 1/T resulta una línea recta con pendiente negativa que seria igual a - (HVAP /2.303R), entonces tenemos:

energía

ln P = - -------------- + constante

RT

Esta ultima expresión muestra una interpretación molecular de la ecuación de Clausius - Clapeyron.

Características Principales:

  • La condensación tiende a volver el gas que se ha formado por vaporización al estado liquido.

  • La velocidad de condensación aumenta a medida que tiene lugar la vaporización, y aumenta la presión del vapor.

  • El valor de la presión de vapor es independiente de las cantidades del liquido y vapor, mientras haya presente cualquier superficie libre del liquido. Este valor depende en realidad de la cantidad de moléculas ganadas o perdidas por el liquido.

  • A mayor área expuesta al vapor, mayor será la cantidad de moléculas ganadas por el liquido.

  • La composición del liquido es determinante en el valor de la presión de vapor durante el equilibrio.

  • A mayor peso molecular menor valor en la presión de vapor.

Este tipo de tratamiento permite además obtener los valores del calor y de la entropía de vaporización del liquido.

Existen varios métodos para medir la presión de vapor. Los más conocidos son:

  • El isoteniscopio, cuando la presión externa es igual a la presión de vapor el manómetro de comparación, sumergido en el baño, debe tener la misma altura en las dos ramas. (Al igual que la guía en el paso 4.3.3)

  • El aparato de Ramsey - Yung, el deposito del termómetro esta a la temperatura del liquido que se halla en equilibrio con la presión a que esta sometido el sistema.

  • dlnP/dT=H vap dT/ RT2

    Esta es la ecuación de Clausius Clapeyron la cual al integrarla, se obtiene:

    lnP=-H vap/ RT + C

    Esta es la ecuación de una línea recta al graficar lnP vs 1/T, con pendiente negativa e igual a -H vap/ R e intercepto C.

    La presión de vapor del liquido de una sustancia pura, a diferentes temperaturas cumple esta ecuación de Clausius, esto es lo que se pretende constatar con la practica del laboratorio #2.

    Para una substancia pura existe una relación definida entre la presión de saturación y la temperatura de saturación, la cual puede ser representada mediante una curva típica como se muestra en la figura1, la cual recibe el nombre de curva de presión de vapor.

    El termino temperatura de saturación designa la temperatura en la cual se efectúa la vaporización a una presión dada, y esta presión recibe el nombre de presión de saturación para la temperatura dada.

    Como se puede observar en la gráfica, la curva de presión del vapor va creciendo a medida que aumenta la temperatura y la presión.

    Cuando existe alguna substancia, una parte en forma liquida y otra como vapor a la temperatura saturación, se define su calidad como la proporción de la masa de vapor a la masa total. O sea: si la masa del vapor es 0.2 kgm y la masa del liquido es 0.8 kgm, la calidad es del 20 %. Esta puede considerarse como una propiedad intensiva y tiene el símbolo X. La palabra calidad solo tiene sentido cuando las substancias se hallan en un estado saturado; esto es , a presión y temperatura de saturación.

    Igual mente la calidad del vapor puede ser determinado mediante la siguiente ecuación:

    Calidad = x = mv/ mv +ml

    (mv = msa de vapor, ml = msa del liquido)

    BIBLIOGRAFIA

    Química, Física. Barrow M. Gordon. Segunda edición. Editorial Reverté, S.A. España 1968. Tomo II. Pags 549-555 y 635.

    Principios de los procesos químicos. Hougen, Watson y Ragatz. Editorial Reverté, S.A. España 1972. Tomo I Balances de Materia y Energía. Pags 84-86.