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PRESIÓN DE VAPOR Lic. Carlos Jara Benites

Presión ejercida por su vapor cuando el estado líquido y el gaseoso están en equilibrio dinámico. PRESIÓN DE VAPOR

CARACTERÍSTICAS: Cuando el vapor está en equilibrio con su líquido se dice que es vapor saturado, cuando la presión es inferior a este valor se dice que el vapor es no saturado. 1. La presión ejrcida por un vapor en equilibrio dinámico con su líquido se denomina presión de vapor. 2. Líquidos con presión de vapor altas a temperatuira ambiente son muy volátiles, y las que tienen presiones de vapor muy bajas son menos volátiles. 3. La volatilidad de un líquido depende fundamentalmente de la intensidad de las fuerzas intermoleculares. «Cuanto más débiles sean estas fuerzas, más volátil será el líquido y mayor su presión de vapor»

4. El agua a temperaturas ordinarias es un líquido moderadamente volátil, a 25°C su presión de vapor es de 23,8 torr. 5. El mercurio es un líquido prácticamente no volátil, a 25°C su presión de vapor es de 0,0018 torr. 6. La presión de vapor de un líquido depende solamente del líquido en particular y su temperatura. 7. La presión de vapor no depende de la cantidad del líquido o de vapor, siempre que haya alguna cantidad de cada una de las fases en equilibrio. 8. Cuando la presión de vapor de u líquido es igual a la presión exterior, el líquido hierve y se evapora libremente. 9. La presión de vapor de un líquido varía grandemente con la temperatura. 10. La presión parcial de las moléculas de vapor por encima de la superficie de un líquido es la presión de vapor (P v ) del mismo. 11. Los líquidos que se evaporan con facilidad se llaman volátiles y tienen presiones de vapor relativamente altas. 12. Cuando el aire ha recibido todo el vapor de agua que puede contener a una temperatura dad, se dice que está saturado.

GRÁFICAS DE LAS PRESIONES DE VAPOR DE ALGUNOS LÍQUIDOS

Todos los sólidos y líquidos producen vapores consistentes en átomos o moléculas que se han evaporado de sus formas condensadas. Si la sustancia, sólida o líquida, ocupa una parte de un recipiente cerrado, las moléculas que escapan no se pueden difundir ilimitadamente sino que se acumulan en el espacio libre por encima de la superficie del sólido o el líquido, y se establece un equilibrio dinámico entre los átomos y las moléculas que escapan del líquido o sólido y las que vuelven a él. PRESIÓN DE VAPOR

La presión correspondiente a este equilibrio es la presión de vapor y depende sólo de la naturaleza del líquido o el sólido y de la temperatura, pero no depende del volumen del vapor; por tanto, los vapores saturados no cumplen la ley de Boyle- Mariotte.

La presión de vapor en los líquidos crece rápidamente al aumentar la temperatura; así, cuando la presión de vapor es igual a 1 atmósfera, el líquido se encuentra en su punto de ebullición ya que el vapor, al vencer la presión exterior, se puede formar en toda la masa del líquido y no sólo en su superficie. Cuando un soluto no volátil se disuelve en un líquido disminuye la presión de vapor del disolvente, pues las moléculas de soluto, al ser de mayor volumen, se comportan como una barrera que impide el paso de las moléculas de disolvente al estado de vapor.

En el dibujo se representa un recipiente cerrado, lleno parcialmente de un líquido (azul). Este líquido como toda sustancia está constituido por moléculas (bolitas negras), que están en constante movimiento al azar en todas direcciones. Este movimiento errático, hace que se produzcan choques entre ellas, de estos choques las moléculas intercambian energía, tal y como hacen las bolas de billar al chocar; algunas aceleran, mientras otras se frenan. En este constante choque e intercambio de energía, algunas moléculas pueden alcanzar tal velocidad, que si están cerca de la superficie pueden saltar del líquido (bolitas rojas) al espacio cerrado exterior como gases. A este proceso de conversión lenta de los líquidos a gases se les llama evaporación. A este proceso de conversión lenta de los líquidos a gases se les llama evaporación. A medida que mas y mas moléculas pasan al estado de vapor, la presión dentro del espacio cerrado sobre el líquido aumenta, este aumento no es indefinido, y hay un valor de presión para el cual por cada molécula que logra escapar del líquido necesariamente regresa una de las gaseosas a él, por lo que se establece un equilibrio y la presión no sigue subiendo. Esta presión se conoce como Presión de Vapor Saturado.La presión de vapor saturado depende de dos factores: La naturaleza del líquido y la temperatura.

INFLUENCIA DE LA NATURALEZA DEL LÍQUIDO El valor de la presión de vapor saturado de un líquido, da una idea clara de su volatilidad, los líquidos mas volátiles (éter, gasolina, acetona, etc) tienen una presión de vapor saturado mas alta, por lo que este tipo de líquidos, confinados en un recipiente cerrado, mantendrán a la misma temperatura, un presión mayor que otros menos volátiles. Eso explica porqué, a temperatura ambiente en verano, cuando destapamos un recipiente con gasolina, notamos que hay una presión considerable en el interior, mientras que si el líquido es por ejemplo; agua, cuya presión de vapor saturado es mas baja, apenas lo notamos cuando se destapa el recipiente.

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Del mismo modo, habremos notado que la presión de vapor de saturación crece con el aumento de la temperatura, de esta forma si colocamos un líquido poco volátil como el agua en un recipiente y lo calentamos, obtendremos el mismo efecto del punto anterior, es decir una presión notable al destaparlo. La relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias, no es una línea recta, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicará la presión, pero si se cumplirá siempre, que para cada valor de temperatura, habrá un valor fijo de presión de vapor saturado para cada líquido. La explicación de este fenómeno puede se basa en el aumento de energía de la moléculas al calentarse.

Cuando un líquido se calienta, estamos suministrándole energía. Esta energía se traduce en aumento de velocidad de las moléculas que lo componen, lo que a su vez significa, que los choques entre ellas serán mas frecuentes y violentos. Es fácil darse cuenta entonces, que la cantidad de moléculas que alcanzarán suficiente velocidad para pasar al estado gaseoso será mucho mayor, y por tanto mayor también la presión.

El efecto de evaporación explicado hasta aquí; donde para cada valor de temperatura, se establece un equilibrio entre las moléculas que abandonan el líquido desde su superficie como gases y las que regresan a él para dar un valor presión, se cumple de igual modo aunque la naturaleza del gas que está estableciendo la presión sea otro diferente a los vapores del propio líquido. PUNTO DE EBULLICIÓN

Veamos: supongamos que tenemos un líquido confinado a un recipiente abierto como se muestra, en este caso sobre el líquido actúa el aire a la presión de la atmósfera, si esta presión es mayor que la presión de vapor saturado del líquido a esa temperatura, la evaporación será muy lenta, y se deberá básicamente, a que siempre en el incesante choque entre ellas, alguna de manera esporádica, alcanzará la energía suficiente para pasar al estado gaseoso con la posibilidad de abandonar el recipiente, especialmente si hay alguna corriente de gases que la arrastre.

Si comenzamos a incrementar la temperatura del sistema, cada vez será mayor la cantidad de moléculas que lo abandonen y se irá incrementando gradualmente la evaporación. Cuando se alcance una temperatura tal, para la cual, el valor de la presión de vapor saturado del líquido en cuestión, sea igual al valor de la presión atmosférica, la evaporación se producirá en toda la masa del líquido, se dice entonces que el líquido entra en ebullición (hierve). Si se ha comprendido hasta aquí podemos ahora definir el punto de ebullición como: El valor de la temperatura para la cual la presión de vapor saturado de un líquido cualquiera, alcanza la presión a que está sometido. Se puede deducir fácilmente que el punto de ebullición de un líquido dependerá de la presión a que esté sometido y será mas bajo para bajas presiones y mas alto para el caso contrario. Este fenómeno se aprovecha en la práctica para muchas aplicaciones, algunas tan simples como la conocida olla a presión, y otras tan complejas e importantes como las grandes calderas de vapor, las máquinas refrigeradoras o la producción de aire líquido.

BIBLIOGRAFÍA 1. CHANG, RAYMOND, 4ta. Ed., Editorial Mc. Graw Hill,Méxixo SEESE W.. DAUB G.,5TA ED., Prentice Hall Hispanoamericana. 3. MORTINER, C., Grupo Editorial Iberoamericana, WHITHEN, Mc. Graw-Hill, CRUZ D. Chamizo, J. GARRITZ A. Addison-Wesley Iberoamericana, JARA BENITES CARLOS Y CUEVA GARCÍA RUBEN, Problemas de química y como resolverlos. Colección RACSO. Lima-Perú, BURNS R., 2da. Ed., Prentice-Hall Hispanamericana S. A. México, PETRUCCI R., 1ra. Ed., Fondo Educativo Interamericano, México, Lic. Carlos Jara Benites

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