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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 en evaporación se llama presión de vapor. Conocer la presión de vapor a una temperatura específica es importante porque la presión de vapor determina el punto de ebullición de los líquidos y está relacionado con cuándo arderá un gas inflamable. Si el vapor de un líquido en su ubicación es peligroso para su salud, la presión de vapor lo ayuda a determinar cuánto de ese líquido se convertirá en gas en un período de tiempo determinado y, por lo tanto, si el aire será peligroso para respirar. Las dos ecuaciones utilizadas 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 con un termómetro o termopar. En este ejemplo, mire bien el benceno, un químico común utilizado para fabricar varios plásticos. Bueno, use 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 de 35.030 julios por mol.
Encuentre la constante 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 de benceno en mm de Hg es 18,69.
Use la ecuación de Clausius-Clapeyron para calcular el logaritmo 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 de gas ideal, dividida por la temperatura del líquido, más una constante única del líquido). Para este ejemplo con benceno a 313,15 grados Kelvin, el logaritmo natural de la presión de vapor es -1 multiplicado por 35.030, dividido por 8.314, dividido por 313.15, más 18.69, lo que equivale a 5.235.
Calcule la presión de vapor del 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 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 benceno son 6.90565, 1211.033 y 220.790.
Use la ecuación de Antione para calcular el registro de base 10 de la presión de vapor. La ecuación de Antoine, usando tres constantes únicas para el líquido, dice que el log de base 10 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, lo 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.