Contenido

• Pasos
• Método 1 de 3: uso de la ecuación de Clapeyron-Clausius
• Método 2 de 3: Cálculo de la presión de vapor en soluciones
• Método 3 de 3: Cálculo de la presión de vapor en casos especiales
• Consejos

¿Alguna vez ha dejado una botella de agua durante varias horas bajo el sol abrasador y escuchó un sonido de "silbido" cuando la abrió? Este sonido es causado por la presión del vapor. En química, la presión de vapor es la presión que ejerce el vapor de un líquido que se evapora en un recipiente herméticamente cerrado. Para encontrar la presión de vapor a una temperatura dada, use la ecuación de Clapeyron-Clausius: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Pasos

Método 1 de 3: uso de la ecuación de Clapeyron-Clausius

1. 1 Escriba la ecuación de Clapeyron-Clausius que se usa para calcular la presión de vapor a medida que cambia con el tiempo. Esta fórmula se puede utilizar para la mayoría de los problemas físicos y químicos. La ecuación se ve así: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), donde:
   • ΔH_vap Es la entalpía de vaporización del líquido. Por lo general, se puede encontrar en una tabla en los libros de texto de química.
   • R - constante de gas igual a 8.314 J / (K × mol)
   • T1 es la temperatura inicial (a la que se conoce la presión de vapor).
   • T2 es la temperatura final (a la que se desconoce la presión de vapor).
   • P1 y P2: presión de vapor a las temperaturas T1 y T2, respectivamente.
2. 2 Sustituye los valores de las cantidades que te dieron en la ecuación de Clapeyron-Clausius. La mayoría de los problemas dan dos valores de temperatura y un valor de presión, o dos valores de presión y un valor de temperatura.
   • Por ejemplo, un recipiente contiene líquido a una temperatura de 295 K y su presión de vapor es de 1 atmósfera (1 atm). Encuentre la presión de vapor a 393 K. Aquí se le dan dos temperaturas y una presión, por lo que puede encontrar una presión diferente usando la ecuación de Clapeyron-Clausius. Sustituyendo los valores que se le dieron en la fórmula, obtiene: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Tenga en cuenta que en la ecuación de Clapeyron-Clausius, la temperatura siempre se mide en kelvin y la presión en cualquier unidad de medida (pero deben ser iguales para P1 y P2).
3. 3 Sustituye las constantes. La ecuación de Clapeyron-Clausius contiene dos constantes: R y ΔH_vap... R es siempre 8,314 J / (K × mol). Valor ΔH_vap (entalpía de vaporización) depende de la sustancia, cuya presión de vapor está tratando de encontrar; esta constante generalmente se puede encontrar en una tabla en libros de texto de química o en sitios web (por ejemplo, aquí).
   • En nuestro ejemplo, digamos que hay agua en el recipiente. ΔH_vap el agua es igual a 40,65 kJ / mol o igual a 40650 J / mol.
   • Reemplaza las constantes en la fórmula y obtén: ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Resuelve la ecuación usando operaciones algebraicas.
   • En nuestro ejemplo, la variable desconocida está bajo el signo del logaritmo natural (ln). Para deshacerse del logaritmo natural, convierta ambos lados de la ecuación a la potencia de la constante matemática "e". En otras palabras, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Ahora resuelve la ecuación:
   • ln (1 / P2) = (40650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4889,34) (- 0,00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0,0165
   • P2 = 0.0165 = 60,76 atmósferas. Esto tiene sentido, ya que elevar la temperatura en un recipiente herméticamente cerrado en 100 grados aumentará la vaporización, lo que aumentará significativamente la presión de vapor.

Método 2 de 3: Cálculo de la presión de vapor en soluciones

1. 1 Escribe la ley de Raoult. En la vida real, los líquidos puros son raros; a menudo tratamos con soluciones. Una solución se hace agregando una pequeña cantidad de un determinado químico llamado "soluto" a una cantidad mayor de otro químico llamado "solvente". En el caso de las soluciones, utilice la ley de Raoult:PAG_solución = P_solventeX_solvente, donde:
   • PAG_solución Es la presión de vapor de la solución.
   • PAG_solvente Es la presión de vapor del solvente.
   • X_solvente - la fracción molar del disolvente.
   • Si no sabe qué es una fracción molar, siga leyendo.
2. 2 Determine qué sustancia será el solvente y cuál será el soluto. Recuerde que un soluto es una sustancia que se disuelve en un solvente y un solvente es una sustancia que disuelve un soluto.
   • Considere un ejemplo de jarabe. Para obtener un jarabe, una parte de azúcar se disuelve en una parte de agua, por lo que el azúcar es un soluto y el agua es un solvente.
   • Tenga en cuenta que la fórmula química de la sacarosa (azúcar común) es C₁₂H₂₂O₁₁... Lo necesitaremos en el futuro.
3. 3 Encuentre la temperatura de la solución, ya que afectará su presión de vapor. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la presión de vapor, ya que la vaporización aumenta al aumentar la temperatura.
   • En nuestro ejemplo, digamos que la temperatura del jarabe es 298 K (aproximadamente 25 ° C).
4. 4 Encuentre la presión de vapor del solvente. Los valores de presión de vapor para muchas sustancias químicas comunes se dan en los manuales de química, pero generalmente se dan a temperaturas de 25 ° C / 298 K o en sus puntos de ebullición. Si en el problema le dan tales temperaturas, use los valores de los libros de referencia; de lo contrario, debe calcular la presión de vapor a una temperatura determinada de la sustancia.
   • Para hacer esto, use la ecuación de Clapeyron-Clausius, sustituyendo la presión de vapor y la temperatura de 298 K (25 ° C) en lugar de P1 y T1, respectivamente.
   • En nuestro ejemplo, la temperatura de la solución es de 25 ° C, así que use el valor de las tablas de referencia: la presión de vapor del agua a 25 ° C es de 23,8 mmHg.
5. 5 Encuentra la fracción molar del solvente. Para hacer esto, encuentre la relación entre el número de moles de una sustancia y el número total de moles de todas las sustancias en la solución. En otras palabras, la fracción molar de cada sustancia es (número de moles de la sustancia) / (el número total de moles de todas las sustancias).
   • Digamos que usó 1 litro de agua y 1 litro de sacarosa (azúcar) para hacer un jarabe. En este caso, es necesario encontrar el número de moles de cada sustancia. Para hacer esto, necesita encontrar la masa de cada sustancia y luego usar las masas molares de estas sustancias para obtener lunares.
   • Peso de 1 litro de agua = 1000 g
   • Peso de 1 litro de azúcar = 1056,7 g
   • Mole (agua): 1000 g × 1 mol / 18.015 g = 55.51 mol
   • Mole (sacarosa): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (tenga en cuenta que puede encontrar la masa molar de sacarosa a partir de su fórmula química C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Número total de moles: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Fracción molar de agua: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Ahora inserte los datos y los valores encontrados de las cantidades en la ecuación de Raoult dada al principio de esta sección (PAG_solución = P_solventeX_solvente).
   • En nuestro ejemplo:
   • PAG_solución = (23,8 mmHg) (0,947)
   • PAG_solución = 22,54 mmHg Arte. Esto tiene sentido, ya que una pequeña cantidad de azúcar se disuelve en una gran cantidad de agua (si se mide en moles; su cantidad es la misma en litros), por lo que la presión de vapor disminuirá ligeramente.

Método 3 de 3: Cálculo de la presión de vapor en casos especiales

1. 1 Definición de condiciones estándar. A menudo, en química, los valores de temperatura y presión se utilizan como una especie de valor "predeterminado". Estos valores se denominan temperatura y presión estándar (o condiciones estándar). En los problemas de presión de vapor, a menudo se mencionan las condiciones estándar, por lo que es mejor recordar los valores estándar:
   • Temperatura: 273.15 K / 0˚C / 32 F
   • Presión: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Vuelva a escribir la ecuación de Clapeyron-Clausius para encontrar otras variables. La primera sección de este artículo mostró cómo calcular las presiones de vapor de sustancias puras. Sin embargo, no todos los problemas requieren encontrar la presión P1 o P2; en muchos problemas es necesario calcular la temperatura o el valor de ΔH_vap... En tales casos, vuelva a escribir la ecuación de Clapeyron-Clausius aislando la incógnita en un lado de la ecuación.
   • Por ejemplo, dado un líquido desconocido, cuya presión de vapor es 25 Torr a 273 K y 150 Torr a 325 K. Es necesario encontrar la entalpía de vaporización de este líquido (es decir, ΔH_vap). La solución a este problema:
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_vap/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_vap Ahora sustituya los valores dados por usted:
   • 8,314 J / (K × mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vap
   • 8.314 J / (K × mol) × 3033.90 = ΔH_vap = 25223,83 J / mol
3. 3 Considere la presión de vapor del permeado. En nuestro ejemplo de la segunda sección de este artículo, el soluto, el azúcar, no se evapora, pero si el soluto produce vapor (se evapora), se debe tener en cuenta la presión de vapor. Para hacer esto, use una forma modificada de la ecuación de Raoult: P_solución = Σ (P_sustanciaX_sustancia), donde el símbolo Σ (sigma) significa que es necesario sumar los valores de las presiones de vapor de todas las sustancias que componen la solución.
   • Por ejemplo, considere una solución hecha de dos químicos: benceno y tolueno. El volumen total de la solución es de 120 mililitros (ml); 60 ml de benceno y 60 ml de tolueno.La temperatura de la solución es de 25 ° C y la presión de vapor a 25 ° C es de 95,1 mm Hg. para benceno y 28,4 mm Hg. para tolueno. Es necesario calcular la presión de vapor de la solución. Podemos hacer esto usando las densidades de sustancias, sus pesos moleculares y valores de presión de vapor:
   • Peso (benceno): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Masa (tolueno): 0.06 L × 866.90 kg / 1000 L = 0.052 kg = 52 g
   • Mole (benceno): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mole (tolueno): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Número total de lunares: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Fracción molar (benceno): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Fracción molar (tolueno): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Solución: P_solución = P_bencenoX_benceno + P_toluenoX_tolueno
   • PAG_solución = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • PAG_solución = 51,92 mm Hg. Arte. + 12,89 mm Hg. Arte. = 64,81 mmHg Arte.

Consejos

• Para usar la ecuación de Clapeyron Clausius, la temperatura debe especificarse en grados Kelvin (indicados por K). Si su temperatura se da en grados Celsius, debe convertirla usando la siguiente fórmula: T_k = 273 + T_C
• El método anterior funciona porque la energía es directamente proporcional a la cantidad de calor. La temperatura del líquido es el único factor ambiental que afecta la presión de vapor.