Concepto principales Presión de vapor y líquidos (II)

El concepto de presión de vapor se puede entender con mayor facilidad si se examina la figura 4.10, la cual muestra en tres dimensiones la superficie, p, V, T del agua. La presión de vapor está representada por la proyección bidimensional (una curva) de la superficie tridimensional sobre el plano p-T. La perspectiva cruza directamente la región líquido-vapor (por claridad, se incluyó una ligera amplificación de la proyección en la esquina inferior izquierda). La figura 4.11 es una ampliación adicional de un segmento de la región de la figura 4.10.Para cada temperatura, podemos leer la presión correspondiente en la que el vapor de agua y el agua líquida existen en equilibrio. El lector habrá observado esta condición de equilibrio muchas veces; por ejemplo, en la ebullición. Cualquier sustancia tiene un número infinito de puntos de ebullición, pero por costumbre decimos que el punto de ebullición "normal" es la temperatura a la que hierve una sustancia a una presión de 1 atm (101.3 kPa, 760mmHg). A menos que se especifique otra presión, se supone que la presión es 1 atm y se da por hecho que el término punto de ebullición se refiere al "punto de ebullición normal". Un pistón que ejerce una fuerza de 101.3kPa bien puede tomar el lugar de la atmósfera, como se muestra en la figura 4.12. Por ejemplo, el lector sabe que el agua hierve (se vaporiza) a 100°C y que la presión será 101.3 kPa o 1 atm (puntos B). Suponga que calienta agua que inicialmente está a 77°C en un recipiente, como en la figura 4.12 que sucede? Suponemos que en todo momento el vapor de agua está en equilibrio con el agua líquida; se trata de un proceso a presión constante. Al aumentar la temperatura y mantenerse constante la presión que confina el sistema, nada muy notable sucede hasta que se llega a 100°C. En ese momento, el agua comenzará a hervir, es decir, a evaporarse. Si el agua se evapora, el vapor empujará el pistón y el agua cambiará por completo de líquido a vapor. Si calentamos el agua a presión constante una vez que se ha evaporado en el punto B, podremos aplicar las leyes de los gases en la región de temperatura B-C (y a temperaturas más altas). La inversión de este profeso desde la temperatura C haria que el vapor se condensara en B para formar un líquido. La temperatura en el punto B se denomina punto de rocío.

Concepto principales Presión de vapor y líquidos (I)

Los términos vapor y gas se utilizan de manera muy informal. Por lo regular se llama vapor a un gas que existe por debajo de su temperatura crítica porque puede condensarse. Si se comprime continuamente un gas puro a temperatura constante, siempre que la temperatura sea menor que la temperatura crítica, tarde o temprano se alcanzará una presión en la que el gas comenzará a condensarse y convertirse en líquido (o sólido). Una compresión adicional no aumenta la presión pero sí incrementa la fracción del gas que se condensa. La reversión del procedimiento descrito hará que el líquido pase otra vez al estado gaseoso (es decir, se vaporice). De aquí en adelante, reservaremos  la palabra vapor para describir un gas por debajo de su punto crítico en un proceso en el que el cambio de fase tiene interés primoridial, y usaremos la palabra gas o gas no condensable para describir un gas que está por encima del punto crítico o un gas en un proceso en el que no se puede condensar.

Si el vapor y el líquido de un componente puro están en equilibrio, la presión de equilibrio se denomina presión de vapor. A una temperatura dada, sólo hay una presión en la que la fases líquida y de vapor de una sustancia pura pueden existir un equilibrio. Desde luego, cualquiera de las dos fases puede existir dentro de un intervalo de condiciones amplio.

Presión de vapor y líquidos - Temas por tratar

En esta sección repasaremos el concepto de vapor y líquido, y en particular analizaremos la predicción de la presión de vapor en función de la temperatura. Además, se introducirán varios términos nuevos con los que debe familiarizarse el lector.

Presión de vapor y líquidos - Objetivos

1. Definir y explicar varios términos importantes que aparecen en la sección "Términos clave" al final de la sección.
2. Calcular la presión de vapor de una sustancia a partir de una ecuación que relaciona la presión de vapor con la temperatura, como la ecuación de Antoine, dados los valores de los coeficientes de la ecuación, y buscar presiones de vapor en los libros de referencia.
3. Calcular la temperatura de una sustancia a partir de una ecuación de presión de vapor dados los valores de los coeficientes de la ecuación y la presión de vapor.
4. Estimar la presión de vapor de un compuesto por medio de una carta de Cox.

Conceptos Clave de mezclas gaseosas

1. El método seudocrítico de Kay proporciona estimaciones razonables de las variables de pV=znRT con base en las propiedades de los componentes puros, aunque en la literatura pueden encontrarse otros métodos más precisos (y más complejos). Todos estos métodos pierden validez cerca del punto crítico verdadero de la mezcla y en el caso de compuestos muy polares.
2. También es posible usar ecuaciones de estado para predecir p,V, n y T si se realiza una ponderación apropiada de las propiedades de los componentes puros.

En retrospectiva Conceptos de mezclas gaseosas

En esta sección describimos la forma de aplicar el método de Kay (el método seudocrítico para predecir p, V, n y T en mezclas de gases,  y mencionamos cómo podrían utilizarse las ecuaciones de estado.

Conceptos de mezclas gaseosas (III)

En los casos en que se desconoce la temperatura o la presión de una mezcla de gases, si queremos evitar la solución de prueba y error usando las cartas de compresibilidad generalizada, podemos calcular el volumen seudocrítico ideal y un volumen reducido ideal seudorreducido Vri así:

Si piensa usar una ecuación de estado específica, digamos una de las que se presentan en la tabla 4.2, dispone de numerosas opciones, ninguna de las cuales producirá resultados óptimos de manera consistente. Podría calcular valores medios para los coeficientes de la ecuación, podría calcular factores de compresibilidad medios empleando los coeficientes de los componentes puros en la ecuación para cada gas, y así sucesivamente Consulte las referencias que se dan al final del capítulo si desea mayor información.