QUIMICA GENERAL Clase 6-A Liquido-Vapor Ley de Roulth

8/16/2019 QUIMICA GENERAL Clase 6-A Liquido-Vapor Ley de Roulth

1/28

QUIMICA GENERAL(Clase 6-A)

Sistemas Gas-vapor, liquido-

vapor

Ley de Roulth

Prof. Gonzalo García G.

1ER Semestre 2016

Ingeniería Civil Industrial


2/28

CONTENIDOS

• Mezcla de gases ideales• Ley de Dalton

• Ley de Amagat• Ecuación de Antoine• Sistemas Gas-Vapor• Sistemas Liquido-Vapor• Ley de Roulth

• Ley de Henry• Ejercicios propuestos


3/28

MEZCLA DE GASES IDEALES

Cuando se mezclan gases y se asume comportamiento de gas ideal, se estaconsiderando que el comportamiento de una molécula no es afectado por lapresencia de otras moléculas similares o diferentes.

La predicción del comportamiento P-v-T de una mezcla de gases ideales suele

basarse en dos modelos:

LEY DE DALTON Presiones Parciales

LEY DE AMAGAT Volúmenes Parciales


4/28

LEY DE DALTON

“La presión total de una mezcla de gases es igual a lasuma de las presiones que cada gas ejercería si existiera

sólo a la misma temperatura y volumen de la mezcla”

De la ley de Dalton podemos definir la Presión Parcial (Pi) del componente

i de una mezcla gaseosa como la presión que ejercerían los ni moles delcomponente en el volumen y temperatura de la mezcla.


5/28

LEY DE DALTON

Considerando una mezcla de gases ideales con n moles de todas las especiespresentes contenidas en un volumen V a una presión P y temperatura T. Aplicando la ecuación de los gases ideales a la mezcla:

T RnV P Aplicando la definición de presión parcial:

T RnV P ii

Operando estas dos ultimas relaciones:

P yP yn

n

P

P

T Rn

T Rn

V P

V P

iii

ii

ii


6/28

Para la mezcla de gases tenemos:

LEY DE DALTON

0,11

n

i

i y

De la relación obtenida para la presión parcial:

0,11

n

i

i

P

P

Luego:

PPn

i

i 1


7/28

“El volumen total de una mezcla gaseosa es igual a la sumade los volúmenes que cada gas ocuparía si existiera sólo a

la misma temperatura y presión de la mezcla”.

LEY DE AMAGAT

Se define el Volumen Parcial (V i) del componente i de la mezclagaseosa como el volumen que ocuparían los ni moles del componente a latemperatura y presión de la mezcla.


8/28

LEY DE AMAGAT

Considerando una mezcla de gases ideales con n moles de todas las especiespresentes contenidas en un volumen V a una presión P y temperatura T.

T RnV P

Aplicando la definición de volumen parcial:

T RnV Pii

Operando estas dos ultimas relaciones:

V yV yn

n

V

V

T Rn

T Rn

V P

V P

iii

ii

ii

Para mezcla degases la fracciónmolar es igual a lafracción en volumen


9/28

Para la mezcla tenemos

0,11

n

i

i y

De la relación anterior para la presión parcial, es equivalente para el volumenparcial:

0,11

n

i

i

V

V

Luego:

V V n

i

i 1

LEY DE AMAGAT


10/28

La presión de vapor es la presión que ejerce el vapor en equilibrio con ellíquido o el sólido que lo origina; su valor depende de la temperatura y dellíquido o sólido en cuestión, es independientes de las cantidades de líquido yvapor presente mientras existan ambas.

SISTEMAS DE VARIAS FASES

PRESIÓN DE VAPOR

La presión de vapor es una de las propiedades más importante y útiles de loslíquidos, de algunos sólidos y de las soluciones líquidas. Esta propiedad esimportante en el diseño y operación de procesos industriales, químicos, físicos ybiológicos (Destilación) como consecuencia de la existencia de interfases enlas que participa el vapor.

La presión de vapor de una

sustancia es una

medida de su volatilidad

Tendencia de pasode líquido a vapor


11/28


PRESIÓN DE VAPOR

La volatilidad de una especie es la tendencia que tiene laespecie para pasar del estado líquido

(o sólido) al de vapor

Existen tablas de presiones de vapor para algunas sustancias, y existennumerosos métodos para estimar la presión de vapor, dentro de los másconocidos están:

1. Ecuación de Clausius-Clapeyron.2. Gráfica de Cox.3. Ecuación de Antoine.4. Ecuación de Riedel, Planck y Miller


12/28


PRESIÓN DE VAPORComo ejemplo de tablas disponibles se muestra la Tabla B-3, texto “Felder”,que entrega las presiones de vapor del agua en función de la temperatura.


13/28

3. Ecuación de Antoine

CT

BALogPV


14/28

CTBALnPV



15/28


Ejercicio 4

Utilizando la ecuación de Antoine estimar la presión de vapor de laacetona en mmHg a T =25 ºC.

C T

B A LogPV

Desde la tabla de las constantes de Antoine para la acetona:

A B C7,02447 1161,0 224

mmHgP C T B

A

V 2301010 22425

0,116102447,7


16/28

SISTEMAS GAS-VAPOR

Cuando un gas puro o mezcla gaseosa se encuentra en contacto con un líquido,el gas adquiere cierta cantidad de vapor del líquido. Si este contacto semantiene durante un intervalo de tiempo considerable, se logra el equilibrio,después de lo cual la presión parcial del vapor se iguala a la presión devapor del líquido a la temperatura del sistema.

T PP VAPORPARCIAL

Considerando un sistema que contiene inicialmente aire seco a 75ºC y 1 atm,al cual se le agrega agua líquida.

Inicialmente la fase gaseosa no contienevapor de agua por lo que su presión parcial.

0)(

AGUAPP


17/28

SISTEMAS GAS-VAPOR

A medida que pasa el tiempo las moléculas comienzan aevaporarse y su fracción molar en la fase gaseosacomienza aumentar.

P yP AGUA AGUAP

)(

La fracción molar del agua en la fase gaseosa aumentahasta el momento en que la velocidad de evaporación delagua se iguala a la velocidad de condensación.Desde este momento no hay cambio en la cantidad o

composición de las fases. Alcanzada estas condiciones sedice que la fase gaseosa se encuentra saturada con agua.

T PP V AGUAP )(


18/28

SISTEMAS GAS-VAPOR


19/28

SISTEMAS GAS-VAPOR

Una vez que se alcanza el equilibrio, ya no se vaporiza una cantidad neta delíquido hacia la fase gaseosa. En estas condiciones, se dice que el gas estasaturado con dicho vapor a la temperatura y presión del sistema (enequilibrio).


20/28

TAREA N° 5 TRABAJO GRUPAL

Determine la cantidad mínima de aire seco, expresada en m3, a 20 ºC y 738(mmHg) que se requieren para evaporar 5,94 (kg) de alcohol etílico, si la presióntotal permanece constante a 738 (mmHg). Asuma proceso isotérmico.

SISTEMAS GAS-VAPOR

Consideraciones:B.C.: 5,94 kg de alcohol

5,94 kg dealcohol

Aire a 20 °C y738 (mmHg)

Mezcla Aire-Alcohol a 20 °C y738 (mmHg)


21/28

El mecanismo de evaporación de un líquido depende de los valores relativos de lapresión de vapor del líquido y la presión total del sistema. Si Pv < P l a e v ap o r aci ón se p r o d u ce p o r t r a n sf e r en c ia d e l as m o l écu l as d e l a

s u p e r f ic ie d e l líq u id o a l g a s q u e s e e n c u e n t r a p o r e n c im a , mientras que si

P v = P s e f o r m a n r áp i d a m e n t e b u r b u j a s d e v a p o r e n t o d o e l l íq u i d o , e s deci r e l líqu id o h ier ve . La temperatura a la cual Pv = P es la temperatura deebu l l ic i ón d el líqu id o.

SISTEMAS GAS-VAPOR

C T

B APC PP yP

V

AlcholV Alcohol AlcoholP

ln,20

Las constantes de la ecuación de Antoine para el Alcohol etílico son:

A=8,04494 ; B=1554,3 y C=222,65


22/28

SISTEMAS LÍQUIDO-VAPOR

Un sistema aislado que consta de las fases líquida y vapor en contactodirecto alcanza con el tiempo un estado final donde no existe tendenciaal cambio. La temperatura, la presión, y las composiciones de las fasespermanecen en un valor constante. Se ha alcanzado el equilibrio.


23/28

SISTEMAS LÍQUIDO-VAPOR

Algunas de las relaciones básicas que entregan la distribución de unasubstancia entre una fase gaseosa y una líquida en equilibrio son:

1. Ley de Raoult2. Ley Henry


24/28

1. Ley de Raoult

La ley de Raoult es un modelo idealizado del comportamiento de unsistema líquido-vapor en equilibrio, proporciona resultados realistassólo en algunos sistemas.

T P xP yP V iiiP

Esta relación resulta generalmente valida cuando la composición del

componente en la fase líquida se aproxima a 1 (x → 1). En algunoscasos resulta valida en toda la gama de composiciones para mezclas desubstancias similares, como es el caso de hidrocarburos de cadenalineal. En general esta ley se cumple bastante bien en sistemas nopolares.

X L 1


25/28

2. Ley de Henry

Como muchas disoluciones se desvían bastante del modelo dedisolución ideal, se definió el modelo de disolución diluidaideal. Esta es una disolución en la cual las moléculas de solutoprácticamente sólo interaccionan con moléculas de disolvente.

01 SOLUTO DTEISOLVE x y x

En condiciones de dilución suficientemente elevada, todas lasdisoluciones no electrolíticas pasan a ser disoluciones diluidas ideales

En 1803 William Henry estudio la solubilidad de gases en líquidos adistintas presiones, enunciando:

X L 0


26/28

1. Ley de Henry

iiiiP

T H xP yP

La ley de Henry es una relación que resulta válida para soluciones en

las que la composición del componente en la fase líquida se aproximaa 0 (x → 0), siempre y cuando el componente no se disocie, ionice oreaccione en la fase líquida.La constante de Henry depende del sistema en particular y esdirectamente proporcional a la temperatura.


27/28

Ejercicios Resueltos

Problema 1. Utilizar la ley de Raoult o la ley de Henry (segúncorresponda) para calcular la presión y composición de la fase gaseosa(fracción molar) de una solución que contiene 0,05% molar de N2 y99,95% molar de agua en equilibrio con N2 gaseoso y vapor de agua a90 ºC. Dato: La constante de Henry para el N2 a 90 ºC: H ≅ 1,26 10

5

[atm/frac. Molar]

Solución: Aplicamos la ley de Henry para el N2 ya que x→0

atm H xP N N P 631026,1005,0 5

22

Aplicamos la ley de Raoult para el H2O ya que x→1

C P xP O H V O H O H P º90222


28/28

Ejercicios Resueltos

Desde la Tabla de Presiones de Vapor del Agua con T=90 ºC:

atmatmP

atmmmHg

atmmmHgC P

O H P

O H V

69,069,09995,0

69,0760

176,525º90

2

2

Luego, la presión total del sistema es:

atmatmPPP O H P N P 69,6369,06322

Las fracciones molares en la fase gaseosa son:

99,001,011

01,069,63

69,0

22

2

2

O H N

O H P

O H

y y

atm

atm

P

P y

QUIMICA GENERAL Clase 6-A Liquido-Vapor Ley de Roulth

Documents

Transcript of QUIMICA GENERAL Clase 6-A Liquido-Vapor Ley de Roulth