Presión de vapor – Definición y como calcularla

La presión de vapor (o presión de vapor) es la presión de equilibrio de un vapor por encima de su estado líquido o sólido en un recipiente cerrado. En este tipo de sistema cerrado, algunas moléculas de un líquido o un sólido tienen suficiente energía cinética para escapar a la superficie y entrar en la fase de vapor (gas). Mientras tanto, algunas moléculas de vapor chocan con la superficie líquida o sólida y cambian de fase. La energía cinética de las moléculas de vapor hace que golpeen las paredes y la tapa de un recipiente, produciendo presión de vapor.

El punto donde el número de moléculas que escapan del líquido (o sólido) es igual al número de moléculas que regresan de la fase de vapor a líquido (o sólido) es la presión de vapor saturada. En un recipiente cerrado, la tasa de evaporación y la tasa de condensación son iguales a la presión de vapor saturado. En un recipiente abierto, la presión de vapor aumenta a medida que aumenta la temperatura hasta que la temperatura alcanza el punto de ebullición. La presión de vapor saturada se produce a la temperatura del punto de ebullición, que a su vez depende de la presión atmosférica. Entonces, a 1 atm de presión, la presión de vapor saturada del agua ocurre a 100 ^° C (212  ^° F). En otras palabras, la presión de vapor es igual a la presión atmosférica en el punto de ebullición de un líquido.

Se dice que una sustancia con una presión de vapor alta es volátil. Ejemplos de sustancias volátiles incluyen gasolina y alcohol isopropílico (líquidos) y paradiclorobenceno (sólido). En un recipiente abierto, las moléculas de un líquido que escapan en forma de vapor no chocan contra un recipiente y alcanzan una presión de equilibrio. En cambio, las moléculas de vapor se evaporan. Un líquido no volátil tiene una presión de vapor más baja que la del agua y solo se evapora lentamente. Un líquido volátil tiene una alta presión de vapor y se evapora rápidamente.

Factores que afectan la presión de vapor

Los factores más importantes que afectan la presión de vapor son la temperatura y el tipo de moléculas:

• Temperatura: la temperatura tiene el mayor efecto sobre la presión de vapor. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión de vapor. A medida que la temperatura disminuye, la presión de vapor disminuye. Esto tiene sentido, ya que impartir energía térmica da a las moléculas más energía cinética. El gráfico de la relación entre la presión de vapor y la temperatura es una curva. Sin embargo, la gráfica del logaritmo natural de la presión de vapor frente a la temperatura es una línea recta.
• Fuerzas intermoleculares: las fuerzas entre moléculas y, por tanto, la composición química de una sustancia, afectan su presión de vapor. Por ejemplo, el agua contiene fuertes enlaces de hidrógeno, por lo que tiene una presión de vapor más baja que la gasolina, que tiene fuerzas intermoleculares más débiles que actúan entre sus moléculas.

También hay factores que no afectan la presión de vapor:

• Cantidad de líquido o sólido: la cantidad de materia no afecta la presión de vapor de una sustancia. Por ejemplo, la presión de vapor de una gota de agua es la misma que la presión de vapor de un charco de agua.
• Área de la superficie: el área de la superficie no afecta la presión de vapor. Sin embargo, la evaporación ocurre mucho más rápido con una superficie grande que con una pequeña. Por ejemplo, el agua en un vaso tarda más en evaporarse que el mismo volumen de agua derramado sobre un mostrador.

Presión de vapor de agua

La presión de vapor del agua depende de su temperatura. La presión de vapor del agua a temperatura ambiente (25^°C) es 23,8 mm Hg, 0,0313 atm o 23,8 torr o 3,17 kPa. En su punto de congelación (0^°C), la presión de vapor del agua es de 4,6 torr. En su punto de ebullición (100 ^° C), la presión de vapor del agua es 658.0 torr (presión atmosférica).

Tabla de valores de presión de vapor

Esta tabla enumera los valores de presión de vapor para líquidos cercanos a la temperatura ambiente (20-25 ^° C o 68-77  ^° F):

Líquido	Presión de vapor (kPa)
Acetaldehído	120
Ácido acético	2.1
Acetona	30
Acetato de amilo	0,47
Anilina	0,09
Cerveza	2.4
Benceno	14
Bromo	28
1-butanol	0,93
Disulfuro de carbono	48
Tetracloruro de carbono	15,3
Cloroformo	26
Ciclohexanol	0,9
Etanol	12,4
Etilenglicol	0,007
Ácido fórmico	5.7
Alcohol isopropílico	4.4
Queroseno	0,7
Metanol	16,9
Leche	2.4
Nitrobenceno	0,03
Octano	1,9
Pentano	58
Fenol	0,05
Agua de mar	2.4
Estireno	0,85
Tetracloroetano	0,7
Tetracloroetileno	2.5
Tolueno	3.8
Tricloroetileno	9.2
Agua	2.4

Cómo calcular la presión de vapor

Hay varias fórmulas de presión de vapor, pero dos comunes son la ley de Raoult y la ecuación de Clausius-Clapeyron.

Calcule la presión de vapor usando la ley de Raoult

La ley de Raoult relaciona la presión de vapor de una solución de (P _solución ) a la presión de vapor del disolvente (P _disolvente ) y fracción molar del disolvente (X _disolvente ):

P _solución = P _solvente X _solvente

Por ejemplo, encuentre la presión de vapor de una solución de jarabe simple que consta de 1 litro de agua y 1 litro de sacarosa.

Primero, encuentre la fracción molar del solvente. En este caso, el solvente es agua.

• Masa de 1 litro de agua: 1000 gramos
• Masa de 1 litro de sacarosa: 1056,7 g
• Moles (agua): 1000 gramos × 1 mol / 18.015 g = 55.51 moles
• Moles (sacarosa): 1056,7 gramos × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 moles (utilizando la masa molar de sacarosa de su fórmula química, C ₁₂ H ₂₂ O _11. )
• Total de lunares: 55,51 + 3,08 = 58,59 lunares
• Fracción molar de agua: 55,51 / 58,59 = 0,947

Luego, encuentre la presión de vapor del solvente. La forma más sencilla de hacer esto es buscar el valor en una tabla. La presión de vapor del agua a 25 ^° C es 23,8 mm Hg.

A continuación, conecte los valores a la ley de Raoult:

• P _solución = P _solvente X _solvente
• _Solución P = (23,8 mm Hg) (0,947)
• _Solución P = 22,54 mm Hg

Calcule la presión de vapor usando la ecuación de Clausius-Clapeyron

La ecuación de Clausius-Clapeyron relaciona el aumento de la presión de vapor con el aumento de la temperatura. El logaritmo natural (ln) cambia la relación no lineal entre la presión de vapor y la temperatura en una relación lineal.

En P = – (ΔH _vap / R) (1 / T) + C

• lnP es el logaritmo natural de la presión de vapor
• ΔH _vap es la entalpía de vaporización
• R es la constante de gas ideal o universal [8.314 J / (mol • K)]
• T es la temperatura absoluta (Kelvin)
• C es la intersección con el eje y, que es constante para una línea dada

Si mide las presiones de vapor y las temperaturas de dos puntos, puede encontrar la entalpía de vaporización. De manera similar, si conoce la entalpía de vaporización y la presión de vapor a una temperatura, puede encontrar la presión de vapor a otra temperatura.

ln (P ₁ / P ₂ ) = – (ΔH _vap / R) (1 / T ₁ – 1 / T ₂ )

Por lo general, este tipo de problema implica graficar el logaritmo natural de presión versus temperatura y luego buscar el valor deseado en el gráfico resultante. La pendiente de la línea (C) es ΔH _vap. O consulte una referencia que le proporcione ΔH _vap y presión de vapor a cierta temperatura.

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