INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA PRESIÓN DE VAPOR

(INFLUENCE OF TEMPERATURE ON THE VAPOR PRESSURE)

José L. Ascencio1, Generitd Ramírez 2.Miguel Á.Delgado3

1, 2,3 Universidad Distrital Francisco José de Caldas.1, 2 Estudiantes Química Física 3

Docente. Bogotá, D. C., Agosto 20 de 2015

RESUMEN:

La práctica de laboratorio nos permitió identificar la influencia de la temperatura en

la presión de vapor del agua destilada mediante un montaje que contenía

principalmente agua, aire y calor; aquí la temperatura desempeñó un papel

importante en la varianza de los valores de presión de vapor y volumen del

sistema, dando como resultado cambios de estado que afectaron todo el sistema

abierto, demostrando así la interacción con su entorno. Los datos obtenidos

consistían en un cambio de la presión de vapor con respecto a la temperatura en

un sistema conformado por una burbuja de aire con vapor de agua, donde para el

tratamiento de datos se requería manejar el aire contenido en la burbuja como un

gas ideal.

PALABRAS CLAVE: Presión de vapor, temperatura, variables termodinámicas.

1 20132150108 yunior.1996@hotmail.com2 20131150075 geramirezr @correo.udistrital.edu.co

ABSTRACT:

The lab allowed us to identify the influence of temperature in the vapor pressure of

distilled water using a montage containing mostly water, air and heat; here the

temperature played an important role in the variance of the values of vapor

pressure and volume of the system, resulting state changes that affected the entire

open system, demonstrating the interaction with their environment. Data obtained

consisted of a change of vapor pressure with respect to temperature in a system

comprised of an air bubble with steam, which for data processing required to

handle the air bubbles contained in the system as an ideal gas.

KEY WORDS: Vapor pressure, temperature, thermodynamic variables.

INTRODUCCIÓN:

Normalmente cuando se deja un vaso con agua a la intemperie esta tiende a

evaporase de un modo gradual, pero si se deja el agua en un recipiente cerrado

esta se evaporará creando un equilibrio en el sistema evaporación y

condensación.

Cuando cierta cantidad de un líquido se deja en un recipiente cerrado, las

moléculas que se van a escapar quedan encerradas en un recipiente cerrado en

un espacio definido. Cuando un sistema alcanza un estado en el cual la velocidad

de evaporación es igual a la velocidad de condensación, es decir cuando la

velocidad de las moléculas que abandonan el líquido es igual a la velocidad con la

que vuelven a él, se establece un equilibrio dinámico que es cuando dos procesos

opuestos ocurren simultáneamente.

Visualmente se puede decir que no ocurre nada, pero al alcanzar equilibrio las

moléculas gaseosas del agua están suspendidas sobre el líquido creando una

presión hacia este; la presión de vapor de un líquido es la presión que es

constante ejercida por el vapor sobre un líquido cuando se establece un equilibrio:

La presión de vapor H 2O(l)↔H 2O( g) consiste en la velocidad con el que se

escapan las moléculas de la fuerza que las mantiene unidas, esta es proporcional

a la temperatura.

En los líquidos cambia la presión de vapor, dependiendo del líquido, según con la

velocidad en la que este se evapore mayor será su presión de vapor. Es decir, la

tendencia de las moléculas de pasar de una fase a otra depende de la intensidad

de las fuerzas intermoleculares de la fase líquida. La presión de vapor de un

líquido es independiente del volumen del recipiente que lo contiene y su valor

permanece constante a una temperatura dada.

Clausius-clapeyron postularon “la presión de vapor de un líquido se incrementa a

medida que aumenta la temperatura”.

La ecuación clausius-clapeyron muestra la dependencia cuantitativa de la presión

de vapor de un líquido con la temperatura.

lnP2P1

=∆H vap °

R( 1T1

− 1T2

)

Un líquido recibe el calificativo de volátil si tiene una presión de vapor

relativamente alta y se evapora con rapidez en las condiciones ambientales. (1)

Entalpía de vaporización del agua (KJ mol-1)= 40,65

Teniendo en cuenta que el sistema a estudiar, se analizará desde las

características de los gases ideales, cabe resaltar las principales: (2)

- El volumen de las moléculas es despreciable comparado con el volumen

total de un gas.

- No hay fuerza de atracción entre las moléculas

- A condiciones normales se define:

n (núm. de moles)= 1 mol

P (Presión)= 1 atm

V (Volumen)= 22,4 L

T (Temperatura)= 273 K

R (Constante)= 0,082atm∗LK∗mol

PV=nRT

MATERIALES, MÉTODOS Y EQUIPOS:

● 1 Probeta de 10 ml

● 1 Vaso de precipitados de 1L

● Un vaso de precipitados de 150ml

● 1 Trípode

● 1 Placa de calentamiento

● 1 Termómetro

● 1 Mechero

● 1 Agitador

REACTIVOS

● Agua destilada

MÉTODOS

Se inició llenando la probeta de 10 ml y el vaso de precipitado de 1 L con agua

destilada, a continuación se introducirá la probeta invertida en el vaso de

precipitado dejando una burbuja de 2 ml en la probeta.

Se cubrió la probeta completamente con agua destilada con ayuda del vaso de

precipitados de 150 ml; se procedió a calentar hasta que la temperatura del agua

llegó a los 80°C, posteriormente se retiró el mechero.

Se midió el volumen de burbuja a medida que esta iba disminuyendo al igual que

la temperatura. Estas medidas se realizaron cada vez que el volumen de la

burbuja disminuye 0,2 ml.

IMAGEN N° 1. Montaje realizado para medir la presión de vapor de la burbuja en el sistema.

IMAGEN N° 2. Aumento en la temperatura del sistema, hasta unatemperatura de 80 °C

RESULTADOS:

VARIABLE REPRESENTACIÓN

Presión de Bogotá (mmHg) 750

Constante de los gases (mmHg*L/mol*K) 62.36

Aire seco (mol) 5.60965E-5

Volumen inicial (L) 0.002

Temperatura inicial (K) 291.15

Tabla N° 1. Tabla de condiciones iniciales para realizar los cálculos del laboratorio.

Temperatura (°C)

Volumen (mL)

Temperatura (K)

Volumen (L)

Moles Totales

Moles de Vapor de agua

Fracción molar agua

Presión de Vapor

80 6 353 0,006 0,000152572 0,000096475 0,632326944 354,1

78 6 351 0,006 0,000153441 0,000097344 0,634409192 355,3

76 6 349 0,006 0,000154320 0,000098223 0,636491441 356,4

74 5,4 347 0,0054 0,000139688 0,000083591 0,598415211 335,1

74 5,2 347 0,0052 0,000134514 0,000078418 0,582969642 326,5

74 5 347 0,005 0,000129341 0,000073244 0,566288428 317,1

72 4,8 345 0,0048 0,000124886 0,000068790 0,550819923 308,5

72 4,6 345 0,0046 0,000119683 0,000063586 0,531290354 297,5

72 4,4 345 0,0044 0,000114479 0,000058383 0,509985371 285,6

70 4,4 343 0,0044 0,000115146 0,000059050 0,512824801 287,2

70 4,2 343 0,0042 0,000109913 0,000053816 0,489625982 274,2

68 4 341 0,004 0,000105292 0,000049196 0,467230654 261,6

68 3,8 341 0,0038 0,000100028 0,000043931 0,439190162 245,9

66 3,8 339 0,0038 0,000100618 0,000044521 0,442477923 247,8

66 3,6 339 0,0036 0,000095322 0,000039225 0,411504474 230,4

64 3,6 337 0,0036 0,000095887 0,000039791 0,414974888 232,4

64 3,4 337 0,0034 0,000090560 0,000034464 0,380561647 213,1

62 3,4 335 0,0034 0,000091101 0,000035004 0,384236203 215,2

62 3,2 335 0,0032 0,000085742 0,000029645 0,345750966 193,6

60 3,2 333 0,0032 0,000086257 0,000030160 0,349655182 195,8

60 3 333 0,003 0,000080866 0,000024769 0,306298861 171,5

58 3 331 0,003 0,000081354 0,000025257 0,310463358 173,9

56 3 329 0,003 0,000081848 0,000025752 0,314627855 176,2

54 2,8 327 0,0028 0,000076859 0,000020762 0,270134663 151,3

52 2,8 325 0,0028 0,000077331 0,000021235 0,274596625 153,8

50 2,8 323 0,0028 0,000077810 0,000021714 0,279058586 156,3

Tabla N° 2. Tabla de resultados de los datos de temperatura, volumen, moles, fracción molar y presión de vapor, tomados a varias unidades de temperaturas.

50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80120.0

170.0

220.0

270.0

320.0

370.0

420.0

Presion de vapor Vs Temperatura

Presion de vapor Vs Temperatura

Temperatura (°C)

Pres

ión

de

vapo

r (m

mHg

)

Gráfica N°.1. Relación entre la presión de vapor del agua (mmHg) con el cambio de temperatura (°C)

0.002838 0.002888 0.002938 0.002988 0.003038 0.0030880.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

InP Vs 1/T

InP Vs 1/T

1/T

Ln P

Gráfica N°2. Regresión lineal de la presión de vapor

Tabla N°3. Regresión lineal de la presión de vapor

In P 1/T

5,87 0,0028325,87 0,0028485,88 0,0028645,81 0,0028815,79 0,0028815,76 0,0028815,73 0,0028975,70 0,0028975,65 0,0028975,66 0,0029145,61 0,0029145,57 0,0029315,51 0,0029315,51 0,0029495,44 0,0029495,45 0,0029665,36 0,0029665,37 0,0029845,27 0,0029845,28 0,0030025,14 0,0030025,16 0,003025,17 0,0030385,02 0,0030575,04 0,0030765,05 0,003095

Y=-3794,15x + 16,648

A continuación los datos tomados a una sola temperatura

Temperatura (°C)

Volumen (mL)

Temperatura (K)

Volumen (L)

Moles Totales

Moles de Vapor de agua

Fracción molar agua

Presión de Vapor

80 6 353 0,006 0,000152572 0,000096475 0,632326944 354,1

78 6 351 0,006 0,000153441 0,000097344 0,634409192 355,3

76 5,6 349 0,0056 0,000144032 0,000087935 0,610526544 341,9

74 5,4 347 0,0054 0,000139688 0,000083591 0,598415211 335,1

72 4,8 345 0,0048 0,000124886 0,000068790 0,550819923 308,5

70 4,4 343 0,0044 0,000115146 0,000059050 0,512824801 287,2

68 4 341 0,004 0,000105292 0,000049196 0,467230654 261,6

66 3,8 339 0,0038 0,000100618 0,000044521 0,442477923 247,8

64 3,6 337 0,0036 0,000095887 0,000039791 0,414974888 232,4

62 3,4 335 0,0034 0,000091101 0,000035004 0,384236203 215,2

60 3,2 333 0,0032 0,000086257 0,000030160 0,349655182 195,8

58 3 331 0,003 0,000081354 0,000025257 0,310463358 173,9

56 3 329 0,003 0,000081848 0,000025752 0,314627855 176,2

54 2,8 327 0,0028 0,000076859 0,000020762 0,270134663 151,3

52 2,8 325 0,0028 0,000077331 0,000021235 0,274596625 153,8

50 2,8 323 0,0028 0,000077810 0,000021714 0,279058586 156,3

Tabla N° 4. Tabla de resultados de los datos de temperatura, volumen, moles, fracción molar y presión de vapor, tomados a una sola unidad de temperatura

50 55 60 65 70 75 80120.0

170.0

220.0

270.0

320.0

370.0

420.0

Presion de vapor Vs Temperatura

Presion de vapor Vs Temperatura

Temperatura (°C)

Pres

ión

de v

apor

(mm

Hg)

Gráfica N°.3. Relación entre la presión de vapor del agua (mmHg) con el cambio de temperatura (°C)

0.00283 0.00288 0.00293 0.00298 0.00303 0.003080.00000

2.00000

4.00000

6.00000

8.00000

10.00000

12.00000

14.00000

InP Vs 1/T

InP Vs 1/T

1/T

Ln P

Gráfica N°4. Regresión lineal de la presión de vapor

In P 1/T5,86959 0,002835,87288 0,002855,83450 0,002865,81447 0,002885,73159 0,002905,66012 0,002915,56700 0,002935,51257 0,002955,44840 0,002975,37144 0,002985,27713 0,003005,15825 0,003025,17157 0,003045,01910 0,003065,03548 0,003085,05160 0,00309

Tabla N°5. Regresión lineal de la presión de vapor

DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS

Al calentar el sistema de la burbuja con aire limitada por el agua, se le proporciona

energía cinética a las moléculas de agua para que venzan las fuerzas de atracción

y pasen a estado gaseoso generando una mezcla de aire con vapor de agua

dentro del sistema de la burbuja, lo cual se evidencia en un aumento del volumen

de ésta, (este sistema no se encuentra aislado mecánicamente ni térmicamente;

es abierto, homogéneo y corresponde a un proceso isobárico y no isotérmico). A la

temperatura de 80°C se retiró la fuente de calor y el volumen de la burbuja

descendió lentamente de 6,8 a 2,6 ml hasta que la temperatura llegó a los 50°C,

esto se debe a que la velocidad del proceso de evaporación decrece si disminuye

la temperatura, por lo tanto, sólo una porción menor de las moléculas del agua

pueden tener la energía necesaria para escapar del líquido y las que se

encontraban en estado gaseoso al chocar con la superficie del líquido se

condensan y son capturadas por el mismo, reduciendo notablemente el volumen

del sistema de la burbuja. Consultando la bibliografía 1 y 2, cuando la velocidad de

evaporación iguala a la de condensación se conlleva a que el líquido y el gas

establezcan un equilibrio donde la fase gaseosa ejerce cierta presión sobre la fase

líquida a diferentes temperaturas. Para el tratamiento efectivo de los datos se

requería tener en cuenta la presión atmosférica en la que se realizó el

experimento, eso con el fin de evitar que el líquido llegue a la temperatura en la

cual tiene su punto de ebullición; la presión de Bogotá es aproximadamente 560

mmHg y el agua hierve a esta presión a aproximadamente 93°C por eso se

decidió que el sistema sólo llegaría a una temperatura máxima de 80°C, con estos

datos obtenidos se realiza una representación gráfica Ln P vs T (K) mediante un

análisis de regresión lineal, la curva obtenida es una recta una resta que muestra

la proporcionalidad de presión y temperatura, en esta se evidencia los pequeños

intervalos de temperatura y presión en que se realizaron las medias, esta nos

presenta una pendiente de

Y=-3794,15x + 16,648

CONCLUSIONES

1. En esta práctica se determinó la presión de vapor del agua a distintas

temperaturas inicialmente desde 80 C hasta 50 C, se observó que al

disminuir la temperatura las moléculas de agua en estado de vapor

empiezan a disminuir y regresan a su estado líquido, es decir, a medida que

disminuye la temperatura disminuye la presión de vapor, lo que explica el

comportamiento parabólico de la gráfica.

2. La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el líquido se halla

en equilibrio con su vapor y es independiente del volumen del recipiente

que lo contiene.

3. Se observó experimentalmente la presión de vapor del agua a diferentes

temperaturas, ocurriendo una modificación en la presión del sistema,

debido a la dependencia que existe entre ambas, ya que las moléculas de

un sistema siempre tienden a estar en equilibrio, al aumentar el vapor en

este disminuyó o se desplazó la presión del aire, con el fin de mantener el

equilibrio de la presión total del mismo.

4. A partir de los datos obtenidos se pudo cumplir el objetivo principal de la

práctica, la cual consistió en determinar experimentalmente el calor de

evaporización del agua, con los datos se realiza la relación grafica de la P

vs T y Ln P vs T (K) mediante un análisis de regresión lineal.

BIBLIOGRAFÍA

1. Yunus A, Cengel. Michael A, Boles. (2009). Termodinámica. (6ª edición).

México. Editorial McGraw Hill. Pags. 149-151

2. Ira, N. Levine. (2004) Fisicoquímica. (5ª edición). Madrid, España. Editorial

McGraw Hill. Pag. 252

3. Tehodore, L. Brown, (2004) Química la ciencia central, 9 edición, Editorial

Pearson, Prentice hall México.

4. Keith J, Laidler, Jhoan H Meiser, (1998) Fisicoquímica, 1 edición, Editorial

México.

5. Marnon, Samuel H, Prutton, Carlf, (2005), Fundamentos de Fisicoquímica,

México, Editorial Limusa.

6. D.E Roller. Física y Termodinámica. España. 2007. p. 735

ANEXOS.

PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS.

1. ¿Cuáles son las características de las partículas que explican el

comportamiento de un gas ideal?

Para un gas cualquiera, este estará constituido por partículas moviéndose al azar

y chocando contra las paredes del recipiente, para explicar mejor el

comportamiento de los gases se proponen una serie de características de un

modelo teórico de gas (gas ideal o teórico).

-Las partículas del gas son pequeñísimas comparadas con el volumen del

recipiente.

-Se mueven al azar con distintas velocidades de manera que, si aumenta la

temperatura, aumenta la velocidad de las partículas del gas.

- No existen fuerzas de atracción entre ellas.

- En su movimiento, chocan entre ellas y con las paredes del recipiente

cumpliéndose las leyes de los choques elásticos.

- Cuando chocan aparecen las fuerzas o interacciones entre ellas o con las

paredes del recipiente.

- Los choques con las paredes del recipiente producen el efecto que llamamos

presión sobre las mismas.

2. ¿Qué tipo de sistema se trabaja en este experimento?

En el experimento realizado se trabajó un sistema termodinámico abierto dado que

se podía o se pudo intercambiar energía (calor) y materia (la burbuja se alargó

debido a la evaporación del agua contenida inicialmente en la probeta). También

se pudo evidenciar un sistema termodinámico no mecánicamente aislado dado

que la burbuja que inicialmente estaba contenida en la probeta invertida en el vaso

de precipitado estaba expuesta al cambio y evidentemente esta cambio su

volumen al finalizar el experimento, un sistema no térmicamente aislado es aquel

que intercambia energía con sus alrededores es el caso que evidenciamos en el

experimento realizado dado que a este se le suministraba calor, el cual era

evidenciado por el aumento de temperatura del sistema. A la hora de retirar el

calor esta temperatura disminuía constantemente del correr del tiempo. (3)

3. ¿Qué es la presión de vapor?

La presión de vapor se define como aquella presión a la cual un líquido en estado

puro y su vapor están en equilibrio a una determinada temperatura. Esta

propiedad se incrementa cuando la temperatura aumenta, y viceversa. La presión

de vapor es una medida de la volatilidad de una sustancia; es decir, de su

capacidad para pasar de un estado líquido o sólido a uno gaseoso y, por lo tanto,

de pasar de un medio como el suelo, las plantas o los cuerpos de agua a la

atmósfera.

4. ¿Cuál es el sentido físico del postulado de la ley de Dalton?

Esta ley establece como enunciado:

"La presión total de una mezcla es igual a la suma de las presiones parciales que

ejercen los gases de forma independiente". Con esto se refiere a que la presión

parcial es la contribución de cada componente a la presión total de una mezcla. En

las mezclas de gases ideales (sin interacción entre los componentes, se mide

como la presión que ejercería cada componente de una mezcla por separado, si

estuviera a la temperatura de la mezcla, ocupando el volumen de la mezcla.

A partir de sus mediciones Dalton dedujo que dos gases son una mezcla y que

actuaban de una manera mutuamente independiente. Por ejemplo si se colocan

tres gases distintos en un recipiente de determinado volumen (V), se puede

considerar que cada uno de estos gases ocupara todo el volumen del recipiente,

es decir, conformara el volumen del recipiente y tendrán la misma temperatura.

Si estudiáramos cada uno de estos gases en formas separadas, la contribución a

la presión de cada componente está directamente relacionada con el número de

moles del componente y de los choques que tienen las moléculas con las paredes

del recipiente. Dado que cada componente tiene el mismo volumen y la misma

temperatura, la diferencia de las presiones que ejercen los tres distintos gases se

deberán a los distintos números de moles.

5. ¿Qué relación hay entre la temperatura y la presión de vapor?

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. 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 se basa en el aumento de energía de las 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 más

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.

6. ¿Existirá alguna diferencia entre la evaporación y la vaporización?

En algún principio no, pero ya al profundizar la vaporización se refiere a un cambio

de estado, en este caso de líquido a gaseoso donde la temperatura juega un papel

fundamental en este proceso; este proceso de evaporización puede llevarse a

cabo de dos formas:

Evaporación y Punto de ebullición. A cualquier temperatura, el líquido pasa

lentamente a estado gaseoso, el proceso se denomina evaporación. El paso es

lento porque son las partículas que se encuentran en la superficie del líquido en

contacto con la atmósfera las que se van escapando de la atracción de las demás

partículas cuando adquieren suficiente energía para liberarse. Partículas del

líquido que se encuentran en el interior no podrán recorrer demasiado antes de ser

capturadas de nuevo por las partículas que la rodean. A una determinada

temperatura determinada se produce el paso de líquido a gas en todo el volumen

del líquido el proceso se denomina ebullición. Cualquier partícula del interior o de

la superficie adquiere suficiente energía para escapar de sus vecinas, la energía

se la proporciona la fuente calorífica que le ha llevado a dicha temperatura. Por

tanto, el cambio de estado denominado vaporización se puede producir de alguna

de estas formas: Por evaporación que tiene lugar en la superficie del líquido, es

lenta y a cualquier temperatura, aunque aumenta la evaporación con la

temperatura.

Por ebullición que tiene lugar a una determinada temperatura (temperatura de

ebullición), es tumultuosa y tiene lugar en cualquier parte del líquido (superficie o

interior. (4)

7. ¿Existirá alguna diferencia entre el calor sensible y el calor latente?

Si, dado que el calor latente o calor de cambio de estado, es la energía absorbida

por las sustancias al cambiar de estado, de solido a líquido, (calor latente de

fusión), o de líquido a gaseoso (calor latente de vaporización). Al cambiar de

gaseoso a líquido y de líquido a solido se devuelva la misma cantidad de energía.

Al suministrar más calor cuando la sustancia ya ha llegado al punto de cambio de

estado la temperatura permanece constante ya que no es necesario absorber más

energía dado que ya ha llegado a su punto más alto. Mientras tanto el calor

sensible es aquel calor que se le suministra a la sustancia evidenciando un

incremento de temperatura, pero no se evidencia un cambio de estado, es decir, el

calor sensible es el calor capaz de ser absorbido por una sustancia sin que esta se

vea afectada físicamente en su estructura molecular. El calor absorbido o cedido

depende de la presión que sobre ella se ejerce, tomando como referencia la

temperatura de 0 oC. A mayor presión, mayor calor sensible y a menor presión,

menor calor sensible.

8. ¿Cómo determinar el calor necesario durante un cambio de fase?

Para poder determinar el calor necesario para un cambio de fase Todas las

sustancias pueden existir en fase sólida, fase líquida o fase gaseosa. El paso de

una fase a otra está caracterizado por un súbito incremento de la energía interna,

sin variación apreciable de la temperatura. Así, un kilogramo de vapor de agua a

100° C tiene una energía interna muy superior a la de un kilogramo de agua a

100°C. Ocupa también un volumen mucho mayor: 1,673 m3 frente a 0,001 m3. El

calor necesario para convertir, a 100° C, un kilogramo de agua en un kilogramo de

vapor resulta ser 2256 kJ, y el trabajo sobre la sustancia durante ese cambio es

igual a la presión constante de la atmósfera, que puede tomarse igual

aproximadamente a 105 N/m2, multiplicada por el cambio de volumen, que es -

1,672 m3. Para determinar el calor necesario que necesita una sustancia al

cambiar de estado se puede utilizar la siguiente formula:

Q1 = m lf

Donde Q1 es el calor requerido para cambiar de estado, m es la masa y l f es el

calor latente dependiendo en qué dirección va a ocurrir el cambio de estado

(liquido-solido, solido-liquido…etc.)

Q2 = m c (T2-T1)

Esta fórmula nos ayuda a predecir o a calcular el calor sensible es decir el calor

que es necesario antes de que acurra una modificación física en la estructura

molecular de la sustancia. Donde Q2 es el calor necesario para elevar la

temperatura antes de que ocurra el cambio de estado, m es la masa, c es el calor

específico de la sustancia donde este significa la elevación de 1 0C de 1 Kg de

sustancia (esto es propio de cada sustancia), T2 es la temperatura final, y T1 es la

temperatura inicial.

La suma de estas dos fórmulas nos ayuda a predecir o a calcular

aproximadamente el calor necesario que se debe suministrara a dicha sustancia

para que ocurra el cambio de fase que se quiere llegar. (5)

9. ¿Qué ecuaciones permiten relacionar la temperatura, la presión de

vapor y el calor de vaporización o evaporación?

Esencialmente la ecuación Clausius-Clapeyron nos ayuda a relacionar estas tres

magnitudes dado que es una forma de caracterizar el cambio de fases entre un

líquido y el sólido. En un diagrama P-T (presión-temperatura), la línea que separa

ambos estados se conoce como curva de coexistencia. La relación de Clausius-

Clapeyron da la pendiente de dicha curva. Ésta es una importante relación

termodinámica pues permite determinar la entalpía de vaporización a una

temperatura determinada midiendo simplemente la pendiente de la curva de

saturación en un diagrama P-T y el volumen específico del líquido saturado y el

vapor saturado a la temperatura dada. La ecuación de Clapeyron permite calcular

la pendiente de una línea de equilibrio entre dos fases en el diagrama de fases P-

T de un sistema de un componente.

Consideraciones sobre la ecuación de Clapeyron En un cambio de fase líquido-

vapor, tanto ΔH como ΔV son positivos, por tanto la pendiente de la línea de

equilibrio líquido-vapor es positiva. Lo mismo sucede con la línea sólido-vapor. En

un cambio de fase sólido-líquido, ΔH es positivo y en general ΔV también, por lo

tanto la pendiente de esta línea también será positiva. Existen sin embargo

algunas excepciones como el H2O, Ga o Bi debido a una disminución de volumen

que sufren estos componentes al fundirse, en estos casos la pendiente de la línea

de equilibrio sólido-líquido será negativa. En el cambio de fase sólido-líquido ΔV

es mucho menor que en los cambios de fase sólido-gas o líquido-gas. Por esta

razón la pendiente en el primer caso es mucho mayor que en los últimos. (6)