Definición

La palabra equilibrio denota unacondición estática, la ausencia de uncambio. En termodinámica, el termino seemplea no solo para denotar la ausenciade cambio, sino también la ausencia decualquier tendencia hacia un cambio aescala macroscópica.

Variables macroscópicas en un sistemaPresión, temperatura o composicióntoman un valor constante.

Equilibrio térmico

Equilibrio mecánico

Equilibrio químico

Equilibrio químico

Equilibrio de fases

Liquido saturado

Se dice que el líquido está saturado si al agregarenergía (calor), una fracción de él pasa a la fase vapor.

Vapor saturado

Se conoce como aquel que esta a punto decondensarse. Por lo tanto, es un vapor que seencuentra en contacto con el líquido.

No aparecerá vapor hastaque la temperatura alcancelos 100°C, el agua liquida ysu vapor estarán enequilibrio a 100°C, cuandola presión del sistema seauna atmosfera.

T = 100 °CP = 1 atm

LiquidoSaturado

Mezcla saturada liquido vapor

Equilibrio dinámico entre vapor saturado y el liquido saturado

T = 100 °CP = 1 atm

T = 100 °CP = 1 atm

Se ha puesto la atención en el hecho de que unlíquido colocado en una vasija se evaporaráparcialmente para establecer una presión de vaporencima del líquido que depende de la naturaleza deeste, y es, en el equilibrio, constante a cualquiertemperatura establecida. Esta presión es conocidacomo presión saturada de vapor del líquidocorrespondiente.

La figura nos muestra laforma en que varía la presiónde vapor con la temperatura.Hay un ascenso lento a bajastemperaturas, y luego unomuy rápido como puedeobservarse por aumento de lapendiente de las curvas.

Esta variación de la presióncon temperatura se expresamatemáticamente con laecuación de Clausius –Clapeyron

Las sustancias más volátiles, presentan mayor presión devapor.

Entre mas volátil es una sustancia, mayor será su presiónde vapor y menor su temperatura de ebullición.

Ejemplo: La gasolina

La presión de vapor de saturación crece con el aumentode la temperatura.

Definición

El punto ebullición de un liquido es la temperatura ala cual su presión de vapor es igual a presión externaque actúa sobre su superficie.

Cuando la presión de vapor de unliquido es igual a la presión externaque hay sobre el, se forman conrapidez burbujas en todo el liquidoy se llega a la ebullición.

Se le denomina evaporación cuando el estado líquido cambialentamente a estado gaseoso, tras haber adquirido suficienteenergía para vencer la tensión superficial.

A diferencia de la ebullición, la evaporación se produce acualquier temperatura, siendo más rápida cuanto más elevadaesta.

Figura

Cambios de la presión vapor conla temperatura. Curvas delalcohol, del heptano y del agua.

Sustancia Puntos ebullición

Alcohol 78°CAgua 100°CHeptano 98.42°C

punto de rocío o temperatura de rocío esla temperatura a la que empieza a condensarseel vapor de agua contenido en el aire,produciendo rocío, neblina, cualquier tipo denube o, en caso de que la temperatura sea losuficientemente baja, escarcha.

Ejemplo

el aire a 24 ºC con un 50% de humedad relativa, contieneunos 9 g de vapor por kilogramo de aire seco; si latemperatura del aire baja hasta los 13 ºC, llegará al100% y, en ese momento empezará a condensar.

Se refieren a las condiciones en las cuales en un sistema seinicia la ebullición. En el simple hecho de calentar agua, almomento en que se ve la primera burbuja de vapor de aguaformarse, se ha llegado a las condiciones de burbuja.

La variación de la presión con temperatura se expresa matemáticamente con la ecuación de Clausius – Clapeyron

Para un líquido cualquiera la vaporización va acompañada de absorciónde calor y la cantidad de éste, para una temperatura y presión dadas,requerida para calentar cierto peso de liquido se conoce con el nombrede calor de vaporización y es la diferencia de entalpia de vapor yliquido, esto es:

∆𝐻𝑉 = 𝐻𝑉 − 𝐻𝐿

∆𝐻𝑉 = calor de vaporización𝐻𝑉 y 𝐻𝐿 las entalpias de vapor y del liquido

En una evaporación ∆𝐻𝑉 es positiva siempre, mientras que en unacondensación es negativa y numéricamente es igual al calor absorbidoen la vaporización.

Como cabe esperar de la definición de ∆𝐻𝑉 ; 𝐻𝑉 es la diferencia entre laenergía interna del vapor y del liquido ∆𝐸𝑉 = 𝐸𝑉 − 𝐸𝐿 y el trabajo deexpansión en cambio de fase: es decir

∆𝐻𝑉 = ∆𝐸𝑉 + 𝑃∆𝑉𝑣

Donde P es la presión de vapor y ∆𝑉𝑉 = 𝑉𝑉 − 𝑉𝐿

Para la transición de líquidos a vapor P es la presión a la temperatura T,∆𝐻𝑉 = 𝐻𝑉 el calor de vaporización de un peso dado del liquido, y 𝑉1 = 𝑉𝑙 elvolumen del liquido, mientras que 𝑉2 = 𝑉𝑔 es el volumen del mismo peso devapor. En consecuencia , para la vaporización la ecuación de Clausius –Clapeyron puede escribirse así:

A temperatura no muy próxima a la critica 𝑉𝑙 es muy pequeña comparadacon 𝑉𝑔 y puede despreciarse. Si suponemos que el vapor se comportaesencialmente como un gas ideal, entonces 𝑉𝑔 por mol viene dada por

𝑉𝑔 =𝑅𝑇

𝑃

Ecuación 1

La ecuación 1 se transforma en:

Para poder integrarla es necesario que ∆𝐻𝑉, calor de vaporización molar se conozca en función de la temperatura. Si suponemos como una aproximación, sin embargo, que en todo el intervalo problema ∆𝐻𝑉 permanece constante, la integración conduce a:

Bibliografía

MARON & PRUTTON Fundamentos de FISICOQUIMICO 2001, EDITORIAL LIMUSA, S.A. de C.V