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Equilibrio líquido-vapor

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Equilibrio líquido-vapor es el fenómeno que ocurre con todo líquido cuando mantenido en sistema cerrado. El líquido tiende a entrar naturalmente en equilibrio termodinâmico con su vapor. Cuando el sistema no es cerrado, ocurre lo que se llama de evaporação .

Ese equilibrio termodinâmico está relacionado con el movimiento relativo de las moléculas en relación a la película (interfaz) que divide la fase líquida y la fase vapor. A causa del efecto de la temperatura, las moléculas se mueven aleatoriamente unas en relación a la otras, y en las imediações de la interfaz líquido-vapor no es diferente, de forma que a todo momento hay moléculas que atraviesan la interfaz, tanto yendo de la fase líquido en dirección a la fase vapor como del vapor al líquido. El equilibrio líquido-vapor ocurre cuando las tasas (es decir, la cantidad por unidad de tiempo) de las moléculas que atraviesan la interfaz en un sentido (del líquido al vapor) y en el otro (del vapor al líquido) se igualan.

Si el equilibrio líquido-vapor referirse al equilibrio de una substancia pura, se dice que la substancia está saturada.

Imagine que, a causa de la dinámica molecular en la región comprendida entre las dos fases, ocurre la formación de una "nube" de vapor sobre el líquido. Esa "nube" es compuesta de las moléculas que se mueven en las cercanías de la interfaz líquido-vapor. Eventualmente, el movimiento de las moléculas las lleva a chocarse contra la interfaz líquido-vapor. Como efecto de las colisiones de las moléculas del vapor contra la interfaz, surge una presión sobre el líquido, que es llamada presión de vapor.

Aplicaciones del equilibrio líquido-vapor

El estudio del equilibrio líquido-vapor es especialmente importante a los ingenieros químicos en el proceso de análisis y proyecto de equipamientos de destilação . Tales equipamientos tienen la finalidad de separar y purificar dos o más substancias químicas a través de la concentración del componente más volátil en la fase vapor, mientras el componente menos volátil permanece preferentemente en la fase líquida.

Cuando se trata de criba de mezclas, las mezclas más simples son aquellas homogêneas y que tienen solamente dos componentes. Esas mezclas también son llamadas de mezclas binarias.

Existen básicamente dos formas de representarse el equilibrio líquido-vapor de una mezcla binaria:

Para mezclas con más de dos componentes, existen representaciones gráficas más elaboradas, tales como diagramas ternários etc. Sin embargo, cuánto mayor el número de componentes en una mezcla, más difícil es la representación gráfica del mecanismo de criba.

Punto de borbuja y punto de rocío

En el caso de una substancia pura y líquida, si mantuviéramos la presión constante, el calentamiento provoca aumento de temperatura hasta un correcto punto (punto de ebulição) a partir del cual la substancia pasa a transformarse de la fase líquida para la fase vapor, con aparcamiento de la temperatura. Eso caracteriza la ebulição del líquido.

Sin embargo, cuando consideramos una mezcla binaria, por ejemplo, existen allí dos substancias diferentes, con puntos de ebulição diferentes entre sí. Cuando se calienta esa mezcla, mantenida constante la presión, hay un correcto momento en que se forma la primera borbuja de vapor. Este punto es el llamado punto de borbuja de la mezcla. El calentamiento adicional causará aumento gradual en la temperatura del líquido, diferentemente de una substancia pura, en la cual la temperatura estaciona en esa etapa de cambio de fase.

De forma análoga, si en vez de líquido tengamos el vapor de una substancia pura la presión constante, una vez disminuida la temperatura, habrá un punto (punto de condensação) a partir del cual la temperatura estaciona y pasa a ocurrir el cambio de fase del vapor para la fase líquida.

En el caso de una mezcla binaria, sin embargo, la reducción de temperatura en cierto momento provoca la formación de la primera gota de líquido. Este punto es llamado de punto de rocío de la mezcla. El enfriamento adicional del vapor resultará en disminución gradual en la temperatura y no su aparcamiento, como sería de esperarse en una substancia pura.

Como es de preverse, el punto de borbuja y el punto de rocío dependen de la proporción de cada uno de los componentes presentes en la mezcla.

Animación de una experiencia hipotética que muestra el levantamiento del diagrama del punto de borbuja de una mezcla binaria