Si coloca un líquido en un espacio cerrado, las moléculas de la superficie de ese líquido se evaporarán hasta que todo el espacio se llene de vapor. La presión creada por el líquido que se evapora se llama presión de vapor. Es importante conocer la presión de vapor a una temperatura específica porque la presión de vapor determina el punto de ebullición de un líquido y está relacionado con cuándo se quemará un gas inflamable. Si el vapor de un líquido en su ubicación es peligroso para su salud, la presión de vapor le ayuda a determinar qué cantidad de ese líquido se convertirá en gas en un período de tiempo dado y, por lo tanto, si el aire será peligroso para respirar. Las dos ecuaciones usadas para estimar la presión de vapor de un líquido puro son la ecuación de Clausius-Clapeyron y la ecuación de Antoine.
La ecuación de Clausius-Clapeyron
Mida la temperatura de su líquido usando un termómetro o par termoeléctrico. En este ejemplo, veremos el benceno, un químico común utilizado para fabricar varios plásticos. Usaremos benceno a una temperatura de 40 grados Celsius o 313.15 Kelvin.
Encuentre el calor latente de vaporización para su líquido en una tabla de datos. Esta es la cantidad de energía que se necesita para pasar de un líquido a un gas a una temperatura específica. El calor latente de vaporización del benceno a esta temperatura es 35,030 Joules por mol.
Encuentre la constante de Clausius-Clapeyron para su líquido en una tabla de datos o de experimentos separados que miden la presión de vapor a diferentes temperaturas. Esta es solo una constante de integración que proviene de hacer el cálculo utilizado para derivar la ecuación, y es única para cada líquido. Las constantes de presión de vapor a menudo se refieren a la presión medida en milímetros de mercurio o mm de Hg. La constante para la presión de vapor del benceno en mm de Hg es 18.69.
Usa la ecuación de Clausius-Clapeyron para calcular el registro natural de la presión de vapor. La ecuación de Clausius-Clapeyron dice que el logaritmo natural de la presión de vapor es igual a -1 multiplicado por el calor de vaporización, dividido por la constante del gas ideal, dividido por la temperatura del líquido, más una constante exclusiva del líquido). Para este ejemplo con benceno a 313.15 grados Kelvin, el registro natural de la presión de vapor es -1 multiplicado por 35.030, dividido por 8.314, dividido por 313.15, más 18.69, que equivale a 5.235.
Calcule la presión de vapor de benceno a 40 grados Celsius evaluando la función exponencial a 5.235, que es 187.8 mm de Hg, o 25.03 kilopascales.
La Ecuación de Antoine
Encuentre las constantes de Antoine para el benceno a 40 grados Celsius en una tabla de datos. Estas constantes también son exclusivas de cada líquido, y se calculan utilizando técnicas de regresión no lineal sobre los resultados de muchos experimentos diferentes que miden la presión de vapor a diferentes temperaturas. Estas constantes referenciadas a mm de Hg para el benceno son 6.90565, 1211.033 y 220.790.
Use la ecuación de Antione para calcular la base 10 log de la presión de vapor. La Ecuación de Antoine, usando tres constantes únicas para el líquido, dice que la base 10 log de la presión de vapor es igual a la primera constante menos la cantidad de la segunda constante dividida por la suma de la temperatura y la tercera constante. Para el benceno, esto es 6.90565 menos 1211.033 dividido por la suma de 40 y 220.790, que equivale a 2.262.
Calcule la presión de vapor elevando 10 a la potencia de 2.262, que equivale a 182.8 mm de Hg, o 24.37 kilopascales .
Consejo
Ni el volumen total ni otros gases en el mismo espacio, como el aire, tienen un efecto sobre la cantidad de evaporación y la presión de vapor resultante, por lo que no afectan la presión de vapor cálculo.
La presión de vapor de una mezcla se calcula con la Ley de Raoult, que suma las presiones de vapor de los componentes individuales multiplicadas por su fracción molar.
Advertencia
El Clausius- Las ecuaciones de Clapeyron y Antoine solo proporcionan estimaciones de la presión de vapor a una temperatura específica. Si necesita conocer la presión de vapor exacta para su aplicación, debe medirla.
