Cuando se permite que un líquido se evapore en un recipiente cerrado, parte del líquido se evapora y los vapores llenan el espacio restante. Dado que los vapores salen del recipiente, se condensan sobre la superficie del líquido en estado de vapor. El líquido se transforma en vapor como resultado de la vaporización y el volumen del líquido disminuye. El número de moléculas gaseosas en la fase de vapor aumenta continuamente a medida que avanza la evaporación. Estas moléculas vagan al azar en un espacio confinado, y algunas de ellas chocan con la superficie de un líquido y se condensan. El proceso de condensación funciona en dirección opuesta a la evaporación. Como resultado, tanto la evaporación como la condensación tienen lugar al mismo tiempo.
Presión de vapor de soluciones líquidas.
A una temperatura dada, la presión de vapor de un líquido/solución es la presión ejercida por los vapores en equilibrio con el líquido/solución.
Tendencia de escape de la presión de vapor α
Presión de vapor de soluciones líquidas y Ley de Raoult (Ley de Raoult para solutos volátiles)
La presión de vapor parcial de cada componente en una solución de líquidos volátiles es precisamente proporcional a su fracción molar, según la ley de Raoult.
Considere una solución que contiene dos componentes volátiles 1 y 2, cada uno con una fracción molar de x 1 y x 2 . Suponga que sus presiones de vapor parciales son p 1 y p 2 , respectivamente, a cierta temperatura, y sus presiones de vapor en estado puro son p 1 0 y p 2 0 . Como resultado, para el componente 1, de acuerdo con la ley de Raoult,
p 1 α x 1
y
pag 1 = pag 1 0 x 1
Del mismo modo, para el componente 2
pag 2 = pag 2 0 x 2
La presión total (p total ) sobre la fase de solución en el recipiente, según la ley de presión parcial de Dalton, es igual a la suma de las presiones parciales de los componentes de la solución y se expresa como:
pag total = pag 1 + pag 2
sustituyendo los valores de p 1 y p 2 , obtenemos
p total = x 1 p 1 0 + x 2 p 2 0
= (1 – x 2 ) pag 1 0 + x 2 pag 2 0
= pags 1 0 + ( pags 2 0 – pags 1 0 )x 2
A temperatura constante, la gráfica de la presión de vapor y la fracción molar de una solución ideal. Las presiones parciales de los componentes se muestran mediante las líneas discontinuas I y II. El gráfico muestra claramente que p 1 y p 2 son proporcionales a x 1 y x 2 , respectivamente. La presión de vapor total está representada por la línea III en el diagrama.
- Fracción molar en la fase de vapor
Usando la regla de presiones parciales de Dalton, si y 1 y y 2 son las fracciones molares de los componentes 1 y 2 en la fase de vapor, entonces:
p 1 = y 1 p total
p 2 = y 2 p total
En general,
p yo = y yo pag total
- Conclusiones sobre la relación entre la presión de vapor y las soluciones líquido-líquido
De la relación se pueden sacar las siguientes conclusiones. La fracción molar de cualquiera de los componentes, A o B, determina la presión de vapor total. La ecuación se puede escribir alternativamente como, por ejemplo,
P total = P B 0 + (P A 0 – P B 0 ) X A
Cualquiera de los siguientes componentes se puede trazar como un gráfico lineal entre la presión total y la fracción molar. Dependiendo de las presiones de vapor puro de los componentes A y B, la presión de vapor total aumenta o disminuye con respecto a la fracción molar del componente A.
La presión de vapor total se puede determinar si los componentes están en forma de vapor.
PA = y PA total _
P B = y B P total
Las fracciones molares de los componentes A y B en la fase de vapor son y A y y B , respectivamente.
- Como caso especial de la ley de Henry, la ley de Raoult
Uno de los componentes en una solución binaria líquido-líquido es lo suficientemente volátil como para existir como un gas cuya solubilidad está regulada por la Ley de Henry. La presión parcial de un gas en fase de vapor es proporcional a la fracción molar del gas en la solución, de acuerdo con la Ley de Henry, y se expresa como P = K H X
La presión parcial de la solución es P y la fracción molar del solvente es X. La constante de proporcionalidad (constante de Henry) se denota por K H .
La Ley de Raoult se define de la siguiente manera:
PAG = PAG 0 X
La presión parcial de la solución es P y la fracción molar del solvente es X. P 0 denota la presión de vapor del solvente puro. Cuando se comparan las ecuaciones de la ley de Henry y la ley de Raoult, obtenemos:
K H = PAG 0
Como resultado, la Ley de Raoult es un subconjunto de la Ley de Henry.
Presión de vapor de soluciones de sólidos en líquidos y Ley de Raoult
Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente para formar una solución, la cantidad de moléculas de solvente que escapan de la superficie disminuye, lo que reduce la presión de vapor. La cantidad de soluto no volátil presente en la solución, independientemente de su composición, influye en la disminución de la presión de vapor del disolvente. En su forma más general, la ley de Raoult establece que la presión de vapor parcial de cada componente volátil en una solución es directamente proporcional a su fracción molar para cada solución.
Llamemos al solvente 1 y al soluto 2 en una solución binaria. Solo las moléculas de solvente están presentes en la fase de vapor cuando el soluto no es volátil y contribuyen a la presión de vapor. Sea p 1 la presión de vapor del solvente, x 1 su fracción molar y p 1 0 su presión de vapor en estado puro. Entonces, con base en la ley de Raoult,
p 1 α x 1
y p 1 = x 1 p 1 0 = p total
Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente, ¿por qué cae la presión de vapor?
Los siguientes factores contribuyen a la caída de la presión de vapor:
- Debido a que la evaporación es un proceso de superficie, cuanto mayor sea el área de superficie, mayor será la evaporación y, por lo tanto, mayor será la presión de vapor. En un líquido puro, las moléculas tienen una mayor superficie para vaporizarse, lo que da como resultado una mayor presión de vapor. Sin embargo, cuando se agrega un soluto no volátil, las moléculas de solvente tienen menos área de superficie para escapar, lo que resulta en una baja presión de vapor.
- El número de moléculas que se evaporan o abandonan la superficie es sustancialmente mayor en soluciones líquidas puras que en solutos no volátiles insolventes.
- Considere una solución en la que A es el solvente y B es el soluto para determinar la presión de vapor total de la solución sólido-líquido. Sabemos que la presión de vapor parcial de un solo componente (soluto/disolvente) es directamente proporcional a su fracción molar gracias a la ley de Raoult.
- Cuando agregamos un soluto no volátil, está claro que la única fuente de presión de vapor será el solvente, porque es el único componente disponible en la fase de vapor. Como resultado, si P A es la presión de vapor del solvente, x A es su fracción molar y P A 0 es la presión de vapor del solvente puro, la ley de Raoult produce la siguiente relación:
PA α x A
PAG = PAG 0 x UN _
Cuando trazamos un gráfico entre la fracción molar del solvente y la presión de vapor, vemos que es de carácter lineal.
Soluciones ideales y no ideales
Soluciones ideales : una solución ideal es aquella en la que cada componente sigue la regla de Raoult en todas las circunstancias de temperatura y concentración.
Propiedades de las soluciones ideales-
- ∆H MEZCLA = 0
- ∆V MEZCLA = 0
- Las fuerzas de atracción intermoleculares entre A – A y B – B son casi equivalentes a aquellas entre A – B.
Los ejemplos son la solución de benceno y tolueno, una solución de n-hexano y n-heptano.
Soluciones no ideales: El término «solución no ideal» se refiere a una solución que no obedece la ley de Raoult en todo el rango de concentración.
- Soluciones que muestran una desviación positiva de la ley de Raoult.
- El tipo de fuerza solvente-soluto (A – B) es más débil que las fuerzas soluto-soluto (B – B) y solvente-solvente (A – A).
- La presión de vapor es más alta de lo que predice la ley.
- ∆H MEZCLA > 0
- ∆V MEZCLA > 0
Ejemplos: etanol y acetona, disulfuro de carbono y acetona.
- Soluciones que muestran una desviación negativa de la ley de Raoult.
- El tipo de fuerza solvente-soluto (A – B) es más fuerte que las fuerzas soluto-soluto (B – B) y solvente-solvente (A – A).
- La presión de vapor es más baja de lo que predice la ley.
- ∆H MEZCLA < 0
- ∆V MEZCLA < 0
Ejemplos: fenol y anilina, cloroformo y acetona, etc.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Qué efecto tiene la temperatura sobre la presión de vapor de una solución?
Responder:
La presión de vapor de un líquido es directamente proporcional a su temperatura, es decir, aumenta a medida que aumenta la temperatura. Esto se debe a que cuando aumenta la temperatura, más moléculas tendrán energías cinéticas más altas. Como resultado, más moléculas escaparán de la superficie del líquido a la fase de vapor, lo que resultará en una mayor presión de vapor.
Pregunta 2: El cloroformo CHCl 3 puro y el diclorometano CH 2 Cl 2 tienen presiones de vapor de 200 mm Hg y 415 mm Hg, respectivamente. ¿Cuál es la presión de vapor total de una solución que contiene 30 g de CHCl 3 y 42 g de CH 2 Cl 2 a una temperatura normal de 298 K? En la fase de vapor, determine la fracción molar de ambos componentes.
Responder:
Fracción molar del componente A = moles de A / Moles totales de la solución
Y Moles de componente = masa de componente/ masa molar de componente
CHCl3 = 30 / 119,5 = 0,25
CH2Cl2 = 42 / 85 = 0,49
Sea el componente A CHCl 3 y el componente B CH 2 Cl 2 , entonces
x A = 0,25 / ( 0,25 + 0,49) = 0,25 / 0,74 = 0,33
x B = 0,49 / ( 0,25 + 0,49) = 0,49 / 0,74 = 0,66
Además, tenemos P A 0 como 200 mm Hg y P B 0 como 415 mm Hg
Entonces la presión de vapor total P es igual a
P total = P A 0 x A + P B 0 x B
P total = 200 × 0,33 + 415 × 0,66
P total = 339,9 mm Hg
En la fase de vapor, sea y A la fracción molar de CHCl 3 cloroformo y sea y B la fracción molar de CH 2 Cl 2 .
PA = y PA total _
P A 0 x A = y A P total
200 × 0,33 = y AP total
66 / 339.9 = y A
0.19 = y A
Además, y A + y B = 1
Entonces y B = 1 – y A = 1 – 0.19 = 0.81
Como resultado, la presión de vapor total de la solución es 339,3 mm Hg y las fracciones molares de CHCl 3 cloroformo y CH 2 Cl 2 diclorometano son 0,19 y 0,81, respectivamente.
Pregunta 3: ¿El tipo de soluto no volátil afecta la presión de vapor de una solución?
Responder:
El tipo de soluto no volátil no influye en la presión de vapor de un líquido. Sin embargo, depende de la cantidad de soluto no volátil utilizado. Por ejemplo, agregar 1,0 mol de glucosa a un kilogramo de agua reduce la presión de vapor de manera casi idéntica a agregar 1,0 mol de urea a la misma cantidad de agua a la misma temperatura.
Pregunta 4: ¿Cómo se calcula la presión de vapor de un líquido?
Responder:
La ley de Raoult se puede utilizar para calcular la presión de vapor de un líquido. La siguiente es la expresión proporcionada por la ley de Raoult:
PAG 1 = PAG 1 0 X 1
Donde P01 es la presión de vapor puro del solvente, P1 es la presión de vapor de una solución que contiene un soluto no volátil y un solvente volátil, y X1 es la fracción molar del solvente.
Pregunta 5: ¿Cuál tiene la presión de vapor más alta?
Responder:
A temperatura normal, el material con el punto de ebullición más bajo tendría la presión de vapor máxima (la forma más fácil de llegar a la fase gaseosa). El material con la presión de vapor más baja es el que tiene el punto de ebullición más alto. La presión de vapor es un factor fluido que tiene que ver con la evaporación.
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Artículo escrito por bhagyashrijadhav25630 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA