DISOLUCIONES – ECUACION DE CLAUSIUS CLAPEYRON

DISOLUCIONES – ECUACION DE CLAUSIUS CLAPEYRON

Jeison Alber Ardila

INTRODUCCION

En la industria es necesario tener conocimientos acerca de todos los procesos involucrados en la transformación de las materias primas ya que del buen uso que se le haga se puede obtener un producto con mayor calidad y mejores características. Existen sustancias las cuales se encuentran de manera homogénea llamadas disoluciones las cuales presentan distintos grados de a agregación y en las que ocurren cambios de estado dependiendo del uso que se le de. En las disoluciones al haber un cambio de fase se aprecia una transición al pasar de un estado al otro, de esta manera se debe aplicar el un modelo matemático para calcular cualquiera de las variables como la presión, la temperatura y el calor de vaporización. Estos modelos matemáticos ya construidos y comprobados experimentalmente sirven para determinar y predecir  valores como los mencionados anteriormente. El modelo matemático que se utiliza en estos casos donde hay cambio de fase es conocido como la ecuación de Claussius Clapeyron.

OBJETIVOS

• Conocer en que consiste el cambio de fase.

• Saber cuales son las variables involucradas en el cambio de fase.

• Entender los conceptos que se utilizan en la ecuación de Claussius Clapeyron.

• Conocer el uso que tiene la ecuación de Clausius Clapeyron.

DISOLUCIONES

Las disoluciones son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de agregación, donde sus componentes pueden ser separados por cambios de fase como la fusión, evaporación, des humidificación, condensación, secado etc. para estas operaciones  se tiene en cuenta la presión y la temperatura. Un ejemplo claro es el aire seco (contiene oxigeno)  que al entrar en contacto con el agua produce un vapor de agua esto indica transferencia de masa de la fase liquida a la fase gaseosa y de la fase gaseosa a la fase liquida. Considere el sistema siguiente:

[pic 1][pic 2]

La fase gaseosa inicialmente no contiene agua, es decir, se tiene solamente aire seco y en consecuencia la presión de vapor de H2O es PH2O = 0. Al introducir agua líquida al sistema algunas moléculas de agua comienzan a evaporarse y la fracción mol del agua en la fase gaseosa уH2O  aumenta lo mismo que la presión parcial del agua. Al transcurrir el proceso se alcanza un estado en que la cantidad de agua en la fase gaseosa o aire es tal que la velocidad a la que las moléculas de agua entran en el aire por evaporación es igual a la velocidad a la que sale de ella por condensación no produciéndose en este estado ya de equilibrio ningún cambio en la cantidad o en la concentración de las dos fases. Cuando esto sucede se afirma que la fase gaseosa o en este caso, el aire se encuentra saturado con agua, conteniendo toda el agua que puede mantener a la temperatura T y a la presión P del sistema. Estando el agua en la fase gaseosa como vapor saturado en equilibrio.

Lo anterior ha conducido para afirmar que si un gas a la temperatura T y a la presión P contiene un vapor saturado de cualquier líquido cuya fracción mol es yv, la presión parcial del vapor del líquido o el gas es igual a la presión del componente, liquido puro a la temperatura del sistema la cual viene dada por la expresión:

[pic 3]

 Donde:                PV = Presión de vapor del componente puro.

                YV = [pic 4]

                 = Presión parcial del vapor del componente en una mezcla.[pic 5]

La expresión anterior es la Relación Fundamental  empleada al analizar sistemas  de gas-liquido (aire-agua) conteniendo un componente condensable. El sistema que ha sido considerado resalta aspectos importantes siendo uno de ellos el que cuando un gas entra en equilibrio con el liquido sin duda debe estar saturado siendo 𝓅𝓋 = P𝓋 con ese equilibrio y la presión parcial de ese vapor en equilibrio con el gas no puede exceder  en la presión de vapor del componente puro a la temperatura del sistema.

Si se quiere aumentar 𝓅𝓋 ya sea añadiendo más vapor a la fase gaseosa (al aire) o incrementando la presión total esto conduce solamente a la condensación de ese vapor. Por otro lado cuando un vapor se encuentra en un gas en cantidad menor que un valor en el punto de saturación este vapor esta sobrecalentado, es decir,

𝓅𝓋 = y𝓋P < P𝓋

y como se ha establecido que solo es posible condensar un vapor saturado se debe por tanto aumentar la presión a temperatura constante o bien disminuir la temperatura a presión constante con el fin de que la desigualdad anterior se convierta en igualdad.

Además de lo anterior si un gas contiene solo un vapor sobrecalentado y se somete a un enfriamiento a presión constante, la temperatura a la que el vapor se satura es conocida como la temperatura del Punto de Rocío de Gas. La diferencia entre la temperatura de un gas y su punto de rocío se llama grado de sobrecalentamiento del gas.

El proceso de evaporación de un líquido depende de los valores relativos de la presión de vapor del líquido y de la presión total del sistema. Si la evaporación tiene lugar a una temperatura T de forma que P𝓋 < P, el proceso implica la transferencia de moléculas de la superficie del liquido al gas que está por encima de la superficie, mientras que si 𝓅𝓋 = P se originan rápidamente burbuja de vapor a través de todo el liquido, es decir, el liquido hierve siendo su temperatura la correspondiente al punto de ebullición del liquido a una presión determinada.

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