PRESIÓN DE VAPOR DE LAS DISOLUCIONES

 

 

 

¿QUÉ ES EL AIRE HÚMEDO?

Si consideramos el aire (seco) como una mezcla de nitrógeno y oxígeno en proporción volumétrica del 80:20 %, el aire húmedo es simplemente esa misma mezcla con un cierto contenido de agua (vapor). El aire húmedo se podría considerar una disolución de un gas (agua) en otro gas (aire).

¿Qué es la presión de vapor de una sustancia pura?

Imagina que cogemos un recipiente y lo llenamos hasta la mitad de agua (también serviría cualquier otro líquido, incluso algunos sólidos). Si lo cerramos, al cabo de un cierto tiempo se habrá alcanzado un equilibrio entre el agua en fase líquida y el agua en la fase gaseosa. Eso quiere decir que al principio el agua líquida se evaporará rápidamente y, a medida que se almacene vapor de agua en la fase gaseosa, la velocidad neta de evaporación disminuirá. Llegados al equilibrio, el aire dentro del recipiente está saturado de vapor de agua y la cantidad de agua que se evapora es la misma que la que se condensa. El agua en fase vapor ejercerá una cierta presión parcial sobre el líquido. A esa presión, que solo depende de la temperatura, la llamamos presión de vapor.

En otros términos diríamos que la presión parcial del vapor de agua, que era 0 en el aire seco, aumenta hasta un cierto valor en el aire húmedo. ¿Puede el aire contener cualquier cantidad de vapor de agua?. No. A cada temperatura le corresponde una determinada presión parcial máxima (presión de vapor), es decir, un contenido máximo de vapor de agua.

Como vemos en la tabla, la presión de vapor del agua aumenta con la temperatura, es decir, el aire admite mayor cantidad de vapor de agua cuanto mayor es la temperatura. El aire caliente del verano puede contener mayor cantidad de agua que el aire frío del invierno. El aire en zonas muy frías puede ser extremadamente seco. Por eso muchas veces hablamos del desierto de la Antártida.

Es importante resaltar que cuando se alcanza la temperatura de ebullición del agua, la presión parcial de vapor del agua es 101,3 kPa, es decir, la presión atmosférica normal. De hecho, se define la temperatura de ebullición de un líquido como la temperatura a la que su vapor en equilibrio tiene una presión igual a la presión del entorno (normalmente la atmosférica). Por ejemplo, si subimos a una montaña y la presión atmosférica es 70,10 kPa, el agua hervirá a 90 ºC (ver tabla.

Esta gráfica compara la evolución de las presiones de vapor de cuatro sustancias puras con la temperatura. Esto nos permite comprobar que cuanto más intensas son las fuerzas intermoleculares menor es la presión de vapor. En la propanona las moléculas están unidas por fuerzas de dispersión y por fuerzas dipolo-dipolo. Como ambas son débiles, las moléculas de propanona se pueden separar fácilmente, pasando a la fase vapor con cierta facilidad. El resultado es que la presión de vapor aumenta rápidamente con la temperatura. En el caso contrario está el ácido etanoico, en el que además de fuerzas de dispersión y dipolo-dipolo hay (abundantes) puentes de hidrógeno. La existencia de fuerzas intermoleculares más intensas dificulta la separación de las moléculas en estado líquido y, por tanto, la evaporación. El resultado es una menor presión de vapor. La propanona es una sustancia volátil, sin embargo el agua o el ácido etanoico no lo son.

¿Qué ocurre con la presión de vapor del agua por encima de 100 ºC?. Como se comprueba en el gráfico, aumenta. ¿Entiende lo que ocurre cuando hacemos hervir agua en una olla a presión?. En ese caso, la presión es de aproximadamente 146 kPa y, a esa presión el agua hierve a 110 ºC. Con una temperatura mayor los alimentos se cocinan en menos tiempo.

Humedad relativa del aire

Cuando la presión parcial del vapor de agua alcanza la presión de vapor a una temperatura dada, decimos que la humedad es del 100 % (por ejemplo, en un día de lluvia ocurre ese hecho). En esas condiciones, cualquier aporte de agua al aire (saturado) es rechazado y se producirían gotas de agua líquida, es lo que denominamos rocío (piensa en las nieblas, se forman cuando el aire es incapaz de incorporar toda el agua en forma de vapor). En general, la humedad relativa del aire no es del 100 %. Para calcular la humedad del aire simplemente temos que dividir la presión parcial del agua entre la presión de vapor (y multiplicar por 100).

HUMEDAD (%) = (PRESIÓN PARCIAL/PRESIÓN VAPOR)· 100

Por ejemplo, si en un día en el que la temperatura es de 20 ºC la presión parcial del vapor del agua en el aire es 1,17 kPa, la humedad relativa del aire será aproximadamente del 50 %

Humedad (%) = (1,17/2,34)·100 = 50 %

¿Qué le ocurrirá a un aire húmedo si reducimos su temperatura?

Al disminuir la temperatura del aire húmedo alcanzaremos una temperatura en la que la presión parcial del vapor de agua será igual a la presión de vapor (a esa temperatura se le denomina temperatura de rocío). En ese momento el aire húmedo alcanzará el 100 % de humedad. Si seguimos bajando la temperatura, parte del vapor de agua condensará y se formará agua líquida. Eso es lo que ocurre en el espejo del cuarto de baño (empañamiento), o en los coches por la mañana en los días de invierno (están mojados sin necesidad de que llueva).

El empañamiento de los cristales de los coches en invierno lo evitamos con aire acondicionado (seco) caliente. Al aumentar la temperatura del interior del coche, el aire puede almacenar más vapor de agua y se evaporan las gotas de agua líquida del cristal. Además, si secamos el aire, la situación mejora mucho.

Estimación de la presión de vapor de una sustancia pura

La presión de vapor de una sustancia pura puede ser estimada mediante la ecuación de Antoine, donde P es la presión de vapor, T es la temperatura y A, B y C son constantes características.

INDICE

- Qué son las disoluciones

- Expresión de la concentración de una disolución

- Disoluciones desde un punto de vista energético

- Solubilidad de gases. Ley de Henry

-Presión de vapor de las disoluciones

- Disoluciones. Ejercicios

 

 

 

 

 

 

 

PRESIÓN DE VAPOR DE LAS DISOLUCIONES

Soluto no volátil

Supongamos que una disolución está formada por un disolvente volátil y un soluto que no lo es. ¿Afecta la presencia del soluto a la presión de vapor del disolvente?.

La respuesta es sí. La presión de vapor del disolvente en la disolución será menor que si estuviera puro. La razón es simple. La evaporación es un fenómeno superficial y si las moléculas de soluto ocupan parte de la superficie del líquido, la transferencia de moléculas de disolvente desde la fase líquida a la gaseosa se verá dificultada.

¿Qué ocurriría si colocáramos ambos recipientes dentro de un recinto cerrado?

El disolvente puro se evaporaría por completo, produciéndose un trasvase neto de disolvente hacia la disolución

Por otra parte, como las dificultades impuestas por las moléculas del soluto no volátil son proporcionales a la fracción de superficie que ocupan, la relación entre la concentración de la disolución y la presión de vapor será:

PA = XA P0A

Esta es la Ley de Raoult, donde PA es la presión de vapor del disolvente en la disolución, XA es la fracción molar de disolvente y P0A es la presión de vapor del disolvente puro.

Si aceptamos que solo hay un soluto B, la disminución de la presión de vapor puede ser expresada de la siguiente manera:

PA= (1-XB) P0A= P0A- XBP0A

P0A- PA= ΔPA = XBP0A

 

Soluto volátil

En este caso la presión total será la suma de las dos presiones de vapor, la del disolvente y la del soluto.

PT= PA+ PB

Y como la suma de las fracciones molares debe ser igual a la unidad

PT= XA P0A+ (1- XA)P0B

 

COMPOSICIÓN DE LAS FASES LÍQUIDA Y GASESOSA DE UNA MEZCLA DE SUSTANCIAS VOLÁTILES

Tenemos dos leyes que nos hablan de la presión parcial de un componente en una mezcla gaseosa. La ley de las presiones parciales de Dalton y la Ley de Raoult.

La primera nos indica que la presión parcial de un componente de una mezcla de gases es igual al producto de su fracción molar en la mezcla gaseosa (YA ) por la presión total.

PA = YA PT

La segunda nos indica que esa misma presión parcial es igual al producto de la fracción molar en el líquido por la presión de vapor

PA = XA P0A

Combinando ambas leyes podemos calcular la composición de las fase gaseosa a partir de la líquida y al contrario.

YA PT = XA P0A

YA = (P0A/PT) XA