Pressió de vapor

Archiu:Vapor pressure.svg

Pressió de vapor

Archiu:Presion de vapor.png

Representació de la pressió de vapor mostrant l'evaporament i condensació en la superfície del líquit.

Archiu:Presionvapor.svg

Gràfic de la pressió del vapor d'aigua.

La pressió de vapor és la pressió que eixercix la fase gaseosa o vapor sobre la fase líquida en un sistema tancat a una temperatura determinada, quan la fase líquida i el vapor es troben en equilibri dinàmic. El seu valor és independent de les cantitats de líquit i vapor presents mentres existixquen abdós. Este fenomen també ho presenten els sòlits; quan un sòlit pansa a l'estat gaseós sense passar per l'estat líquit (procés denominat sublimació o el procés opost, cridat sublimació inversa o deposición) també parlem de pressió de vapor. En la situació d'equilibri, les fases reben la denominació de líquit saturat i vapor saturat. Esta propietat posseïx una relació directament proporcional en les forces moleculars, degut a que quant major siga el mòdul de les mateixes, major deurà ser la cantitat d'energia entregada (ya siga en forma de calor o una atra manifestació) per a véncer-les i produir el canvi d'estat.

Inicialment solament es produïx l'evaporament, ya que no hi ha vapor; no obstant, a mida que la cantitat de vapor aumenta, i per tant la pressió en l'interior de l'ampolla, es va incrementant també la velocitat de condensació, fins que transcorregut un cert temps abdós velocitats s'igualen. Aplegat este punt s'haurà alcançat la pressió màxima possible en l'ampolla (pressió de vapor o de saturació): la pressió total del volum de gas (mescla vapor-aire) és equivalent a la pressió parcial de la fase vapor (pressió de saturació). Esta pressió de saturació solament podrà superar-se aportant més energia (temperatura) a la mescla, acció que incrementaria la pressió de vapor (la taxa d'evaporament), i a la seua volta, la pressió total de la mescla (ya que és un recipient tancat).

l'equilibri dinàmic s'alcançarà més ràpidament quant major siga la superfície de contacte entre el líquit i el vapor, puix aixina es favorix l'evaporament del líquit; de la mateixa manera que un toll d'aigua extens pero de poca profunditat se seca més ràpit que un més chicotet pero de major profunditat que continga igual cantitat d'aigua. No obstant, l'equilibri s'alcança en abdós casos per a igualar la pressió.

El factor més important que determina el valor de la pressió de saturació és la pròpia naturalea del líquit, trobant-se que, en general, entre líquits de naturalea similar, la pressió de vapor a una temperatura donada és tant menor quant major és la massa molecular del líquit.

Per eixemple, l'aire al nivell de la mar saturada en vapor d'aigua a 20 °C té una pressió parcial de 23 mbar d'aigua i al voltant de 780 mbar de nitrogen, 210 mbar d'oxigen i 9 mbar de argón.

La pressió de vapor de qualsevol substància aumenta de forma no llineal en la temperatura, a sovint descrita per l'equació de Clausius-Clapeyron. La pressió atmosfèrica d'un líquit (també conegut com punt d'ebullició normal) és la temperatura a la que la pressió de vapor és igual a la pressió atmosfèrica ambient. En aumentar la temperatura, la pressió de vapor és suficient per a superar la pressió atmosfèrica i fer que el líquit forme bombetes de vapor. La formació de bombetas en profunditats de líquit elevades requerix una temperatura llaugerament superior per la major pressió del líquit, deguda a la pressió hidrostàtica de la massa de líquit superior. Més important a poca profunditat és la major temperatura necessària per a iniciar la formació de bombetes. La tensió superficial de la paret de la bombeta provoca una sobrepresión en les bombetes inicials molt menudes.

La pressió de vapor que un sol component d'una mescla aporta a la pressió total del sistema es denomina pressió parcial. Per eixemple, l'aire a nivell de la mar, i saturat de vapor d'aigua a 20 °C, té pressions parcials d'uns 2,3 kPa d'aigua, 78 kPa de nitrogen, 21 kPa d'oxigen i 0,9 kPa d'argón, totalisant 102,2 kPa, lo que constituïx la base de la pressió atmosfèrica estàndar.

Medició i unitats

La pressió de vapor és medida en unitats estàndar de pressió. El Sistema Internacional d'Unitats (SI) reconeix la pressió com una unitat derivada de la força eixercida a través d'un àrea determinada; a esta unitat se li coneix pel nom de pascal (Pa). Un pascal és equivalent a un newton per metro quadrat (N·m^-2 o kg·m^-1·s^-2).

La medició experimental de la pressió de vapor és un procediment simple per a pressions similars que estiguen entre 1 i 200 kPa. Resultats més exactes són obtinguts prop del punt d'ebullició de cada substància en particular i en índex d'error més significatiu en medicions menors a 1 kPa. En freqüència, alguns procediments consistixen en purificar les substàncies que són analisades, aïllant la substància desijada en un contenidor, evitant qualsevol gas indeseado i medint la pressió d'equilibri de la fase gaseosa de la substància en el sistema tancat a distintes temperatures. L'us de ferramentes, com un isoteniscopio, genera una major exactitut en el procés.

Estimació de les pressions de vapor en l'equació de Antoine

l'equació de Antoine és una expressió matemàtica pragmàtica de la relació entre la pressió de vapor i la temperatura de substàncies líquides o sòlides pures. S'obté per ajust de curves i s'adapta al fet de que la pressió de vapor sol ser creixent i cóncava en funció de la temperatura. La forma bàsica de l'equació és

$$\log P=A-\frac{B}{C+T}$$

i pot transformar-se en esta forma explícita de temperatura:

$$T=\frac{B}{A-\log P}-C$$

a on:

• $P$ és la pressió absoluta de vapor d'una substància.
• $T$ és la temperatura de la substància
• $A$, $B$ i $C$ són coeficients específics de la substància (és dir, constants o paràmetros).
• $\log$ pot ser ${\log }_{10}$ o ${\log }_e$

A voltes s'utilisa una forma més simple de l'equació en només dos coeficients:

$$\log P=A-\frac{B}{T}$$

que a voltes pot transformar-se en:

$$T=\frac{B}{A-\log P}$$

Les sublimació i vaporisació de la mateixa substància tenen conjunts separats de coeficients de Antoine, de la mateixa manera que els components de les mescles. Cada conjunt de paràmetros per a un compost específic només és aplicable en un interval de temperatura específic. Generalment, els rancs de temperatura s'elegixen per a mantindre la precisió de l'equació d'uns pocs fins a un 8-10 per cent. Per a moltes substàncies volàtils, es dispon de varis conjunts de paràmetros diferents que s'utilisen per a distints intervals de temperatura. L'equació de Antoine té poca precisió en qualsevol conjunt de paràmetros quan s'utilisa des del punt de fusió d'un compost fins a la seua temperatura crítica. La precisió també sol ser escassa quan la pressió de vapor és inferior a 10 Torr per les llimitacions de l'aparat^{cita requerida} utilisat per a establir els valors dels paràmetros de Antoine.

L'equació de Wagner dona "un dels millors" s'ajusta a les senyes experimentals, pero és prou complex. Expressa la pressió de vapor reduïda en funció de la temperatura reduïda.