EQUILIBRIO LIQUIDO VAPOR
El equilibrio de fase líquido y vapor es de gran número de utilidad en muchos procesos de separación y purificación, por lo que se a dirigido un extenso número de experimentaciones teóricas y experimentales para su mejor entendimiento.. a pesar que las mezclas primarias son un poco comunes , un amplio conocimiento de ellas resulta esencial , ya que la extrapolación de su comportamiento es necesario para caracterizar las mezclas de componentes.
¿Qué se quiere indicar con equilibrio?
Si un recipiente cerrado, en el que previamente se ha hecho vacío, se llena parcialmente con una sustancia líquida A, ésta se evaporará parcialmente, (si está en cantidad suficiente para que el proceso no sea total), de modo que se alcanzará finalmente un estado de equilibrio en el que la presión reinante en el recipiente es la presión de vapor de la sustancia a la temperatura considerada, . Existen tablas en las que se pueden encontrar directamente las presiones de vapor de sustancias puras a diversas temperaturas. También puede estimarse mediante fórmulas empíricas, como la de Antoine:, estando tabulados los coeficientes A, B, y C para muchas sustancias.
Supóngase ahora un recipiente lleno de líquido A a una temperatura T0, de modo que una de sus paredes es móvil. Si la presión externa sobre ella es P ~( y se le aporta calor, se aumentará la temperatura del líquido y su presión de vapor, de modo que ambas presiones tienden a igualarse. Cuando eso sucede se formará la primera burbuja de vapor, es decir, comienza la ebullición. La temperatura a la cual se igualan ambas presiones es el punto de ebullición a la presión P. Si ésta es 1 atm tendremos el punto de ebullición normal. Si se sigue aportando calor, esta temperatura permanece constante entre tanto haya líquido, aumentando de nuevo cuando toda la sustancia esté en fase gaseosa.
Consideremos ahora una mezcla ideal de dos sustancias en fase líquida, A y B. Eso quiere decir, entre otras cosas que:
a) la interacción de moléculas de A con moléculas de B es idéntica a la que se da entre las moléculas de A o entre las de B
b) el volumen de mezcla es la suma de los volúmenes de A y B por separado
c) el calor de mezcla es nulo
d) el equilibrio líquido-vapor obedece la ley de Raoult.
La ley de Raoult establece que, en el equilibrio, la presión parcial de una sustancia es igual a su presión de vapor por la fracción molar en la fase líquida, es decir:
Y TAMBIEN
Si se introduce una mezcla de A y B en un recipiente en el que se ha hecho el vacío y en el que se mantiene una temperatura constante, se vaporizarán A y B hasta alcanzar un estado de equilibrio en el que la presión reinante será la presión total de vapor de la mezcla, P, que de acuerdo con la ley de Raoult, tendrá el valor:
siendo XA la composición de la fase líquida en el equilibrio, diferente de la composición inicial de la mezcla. La presión total es menor que , la presión de vapor del más volátil, y mayor que , la presión de vapor del componente pesado.
La figuras siguientes muestran el diagrama de equilibrio a una temperatura T constante y el diagrama de equilibrio a presión constante.
Considérese de nuevo una cámara con la tapa desplazable en la que se mantiene una presión P constante. Supóngase que está llena de una mezcla de A y B, de composición XA0. Al aportar calor se irá elevando la temperatura y se llegará un momento en el que la presión de vapor de la mezcla iguale a P. A esta temperatura se llama punto de burbuja a P, y a ella se forma la primera burbuja de vapor. La composición del vapor, según la ley de Dalton, será:
