Química General
GUÍA No 5
CAMBIOS DE ESTADO
A.- Licuefacción de los gases
Isotermas de Andrews
En 1869 Andrews descubrió las condiciones indispensables para la licuefacción de los
gases como resultado de sus estudios sobre las relaciones en P, T y V para el CO2.
Lo escrito arriba no tendría mayor sentido sino agregamos que hasta ese momento a
muchos gases se los consideraba "permanentes", o sea que por más que se trabajara con
ellos variando distintos parámetros especialmente de P y V no se lograba llevarlos al
estado líquido y mucho menos al estado sólido: de ahí el término "permanentes".
Pero gracias a Andrews se pudo descubrir que todas las sustancias (en tanto sean
estables) pueden ser tanto GASES COMO LÍQUIDOS O SÓLIDOS dependiendo de las
condiciones.
Busque en la bibliografía las Isotermas de Andrews, y discuta el significado de las
mismas.
En este punto será muy útil que tenga claro qué indican las mesetas de las Isotermas, lo
que sucede a lo largo de cada Isoterma, las fases que hay debajo de cada campana y los
puntos críticos.
Al respecto de los puntos críticos una ayuda:
Temperatura crítica: temperatura máxima a la cual puede licuarse un gas, es decir por
encima de la cual no existe líquido (solo GAS).
Presión crítica: presión necesaria para provocar la licuefacción a la temperatura crítica.
¿Tendrá algún nombre específico la Isoterma que pase por el Punto crítico?
Cabe acotar que de acuerdo a las condiciones del sistema de que se trate existirá
también un Volumen crítico/mol (parámetro que no usaremos).
Usualmente Ud. escucha VAPOR y GAS como términos para referirnos al estado de
agregación más desordenado. ¿Existe una diferencia conceptual en estos términos?
Justifique.
B.- Efecto JOULE-THOMPSON
El efecto descripto por ambos científicos nos ayudará a comprender la importancia de las
fuerzas intermoleculares. En la bibliografía hallará convenientemente explicado este tema,
pero si pensamos en cuestiones que pueden sucedernos a diario imaginemos estar en
presencia de un matafuegos o cilindro que contenga CO2 (de los que se usan para llenar
los sifones domésticos). ¿Qué ocurre cuando abrimos la válvula y el gas se escapa?.
ESTE ES UN EJEMPLO PRACTICO DEL EFECTO JOULE-THOMPSON.
- 21 -
o
Cambios de Estado Unidad N 5
, Química General
C.- Equilibrio Líquido-vapor
La presión del vapor es un parámetro fundamental para el manejo de este tipo de
equilibrios. Defina PRESIÓN DE VAPOR Y RELACIONE ESTE CONCEPTO CON EL DE
PRESIÓN CRITICA.
Llegados a este punto necesitamos también definir CALOR DE VAPORIZACIÓN (MOLAR
Y ESPECIFICO) A LOS EFECTOS DE PODER ESTUDIAR MATEMÁTICAMENTE EL
EQUILIBRIO QUE NOS OCUPA.
Busque en la bibliografía una gráfico que relacione la Pv con la Temperatura en infiera los
comportamientos que surgen del mismo. Por ejemplo qué relación existe entre la Pv de un
líquido, la presión externa a que es o está sometido dicho líquido y el PUNTO DE
EBULLICIÓN DE ESE LIQUIDO (a propósito defina PUNTO DE EBULLICIÓN).
Con todos estos elementos podemos relacionar matemáticamente el comportamiento de
un sistema como el descripto mediante la ecuación de Clausius-Clapeyron:
dP Lv
=
dT T (Vv − Vl )
Esta ecuación relaciona los cambios en el equilibrio líquido-vapor con el calor molar de
vaporización, la temperatura en un punto y los volúmenes de vapor y líquido.
Luego de algunos pasos matemáticos que Ud. puede realizar se llega a la ecuación:
Lv 1
λn P = − × +C
R T
L
v
Esta ecuación tiene la "forma" de una recta con pendiente −
con lo cual nuestros
R
cálculos se simplifican enormemente.
D.- Equilibrio sólido-líquido
El tratamiento de este equilibrio es de algún modo similar al que hemos realizado para el
anterior.
Defina PUNTO DE FUSIÓN Y PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN con el cuidado de
diferenciar según se trate de sólidos puros o no.
También se puede graficar el equilibro en un diagrama P vs. T. Interprete e infiera el o los
comportamientos en el mismo.
En este equilibrio se puede plantear una ecuación similar a la de Clausius usada y
desarrollada anteriormente para líquido-vapor.
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o
Cambios de Estado Unidad N 5
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CAMBIOS DE ESTADO
A.- Licuefacción de los gases
Isotermas de Andrews
En 1869 Andrews descubrió las condiciones indispensables para la licuefacción de los
gases como resultado de sus estudios sobre las relaciones en P, T y V para el CO2.
Lo escrito arriba no tendría mayor sentido sino agregamos que hasta ese momento a
muchos gases se los consideraba "permanentes", o sea que por más que se trabajara con
ellos variando distintos parámetros especialmente de P y V no se lograba llevarlos al
estado líquido y mucho menos al estado sólido: de ahí el término "permanentes".
Pero gracias a Andrews se pudo descubrir que todas las sustancias (en tanto sean
estables) pueden ser tanto GASES COMO LÍQUIDOS O SÓLIDOS dependiendo de las
condiciones.
Busque en la bibliografía las Isotermas de Andrews, y discuta el significado de las
mismas.
En este punto será muy útil que tenga claro qué indican las mesetas de las Isotermas, lo
que sucede a lo largo de cada Isoterma, las fases que hay debajo de cada campana y los
puntos críticos.
Al respecto de los puntos críticos una ayuda:
Temperatura crítica: temperatura máxima a la cual puede licuarse un gas, es decir por
encima de la cual no existe líquido (solo GAS).
Presión crítica: presión necesaria para provocar la licuefacción a la temperatura crítica.
¿Tendrá algún nombre específico la Isoterma que pase por el Punto crítico?
Cabe acotar que de acuerdo a las condiciones del sistema de que se trate existirá
también un Volumen crítico/mol (parámetro que no usaremos).
Usualmente Ud. escucha VAPOR y GAS como términos para referirnos al estado de
agregación más desordenado. ¿Existe una diferencia conceptual en estos términos?
Justifique.
B.- Efecto JOULE-THOMPSON
El efecto descripto por ambos científicos nos ayudará a comprender la importancia de las
fuerzas intermoleculares. En la bibliografía hallará convenientemente explicado este tema,
pero si pensamos en cuestiones que pueden sucedernos a diario imaginemos estar en
presencia de un matafuegos o cilindro que contenga CO2 (de los que se usan para llenar
los sifones domésticos). ¿Qué ocurre cuando abrimos la válvula y el gas se escapa?.
ESTE ES UN EJEMPLO PRACTICO DEL EFECTO JOULE-THOMPSON.
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C.- Equilibrio Líquido-vapor
La presión del vapor es un parámetro fundamental para el manejo de este tipo de
equilibrios. Defina PRESIÓN DE VAPOR Y RELACIONE ESTE CONCEPTO CON EL DE
PRESIÓN CRITICA.
Llegados a este punto necesitamos también definir CALOR DE VAPORIZACIÓN (MOLAR
Y ESPECIFICO) A LOS EFECTOS DE PODER ESTUDIAR MATEMÁTICAMENTE EL
EQUILIBRIO QUE NOS OCUPA.
Busque en la bibliografía una gráfico que relacione la Pv con la Temperatura en infiera los
comportamientos que surgen del mismo. Por ejemplo qué relación existe entre la Pv de un
líquido, la presión externa a que es o está sometido dicho líquido y el PUNTO DE
EBULLICIÓN DE ESE LIQUIDO (a propósito defina PUNTO DE EBULLICIÓN).
Con todos estos elementos podemos relacionar matemáticamente el comportamiento de
un sistema como el descripto mediante la ecuación de Clausius-Clapeyron:
dP Lv
=
dT T (Vv − Vl )
Esta ecuación relaciona los cambios en el equilibrio líquido-vapor con el calor molar de
vaporización, la temperatura en un punto y los volúmenes de vapor y líquido.
Luego de algunos pasos matemáticos que Ud. puede realizar se llega a la ecuación:
Lv 1
λn P = − × +C
R T
L
v
Esta ecuación tiene la "forma" de una recta con pendiente −
con lo cual nuestros
R
cálculos se simplifican enormemente.
D.- Equilibrio sólido-líquido
El tratamiento de este equilibrio es de algún modo similar al que hemos realizado para el
anterior.
Defina PUNTO DE FUSIÓN Y PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN con el cuidado de
diferenciar según se trate de sólidos puros o no.
También se puede graficar el equilibro en un diagrama P vs. T. Interprete e infiera el o los
comportamientos en el mismo.
En este equilibrio se puede plantear una ecuación similar a la de Clausius usada y
desarrollada anteriormente para líquido-vapor.
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