Echilibrul de vaporizare (Echilibrul lichid-vapori)

Echilibrul de vaporizare (Echilibrul lichid-vapori)

Echilibrul de vaporizare se stabileste in sistemele continand un lichid in contact cu vaporii sai saturati. Presiunea de echilibru a vaporilor saturati se numeste presiune de vapori si are o valoare determinata la o temperatura data pentru orice lichid.

Vaporizarea este un proces fizic in cursul caruia masa de lichid absoarbe energia calorica necesara pentru ca o parte a moleculelor sa poata razbate suprafata lichidului, transformandu-se in vapori. Daca aceasta cantitate de caldura se refera la masa de un mol, se numeste caldura latenta molara de vaporizare sau entalpia molara de vaporizare H_v.

Evaporarea libera in tot lichidul se numeste fierbere. Temperatura la care presiunea de vapori a unui lichid este egala cu presiunea exterioara se numeste temperatura de fierbere.

Ecuatia lui Clausius-Clapeyron aplicata procesului de vaporizare este:

(5.8)

unde: V_g = volumul vaporilor care pe baza ecuatiei de stare a gazelor perfecte (relatia 2.17) este RT/p;

V_l = volumul lichidului.

La temperaturi mici, V_g este mult mai mare decat V_l.

Ecuatia (5.8) devine:

(5.9)

respectiv

(5.10)

Separand variabilele in ecuatia (5.9) si integrand, se obtine:

(5.11)

respectiv

(5.12)

in presupunerea ca H_v este constanta.

Daca integrarea ecuatiei (5.9) se face intre doua limite, rezulta:

(5.13)

Ecuatia (5.13) este relatia integrala a ecuatiei Clausius Clapeyron pentru vaporizare si permite calculul entalpiei molare de vaporizare H_v daca se cunosc presiunile de vapori corespunzatoare temperaturilor T₁ si T₂. De asemenea se poate calcula presiunea de vapori p₂ la temperatura T₂ daca se cunoaste H_v si p₁.

Daca H_v = const., reprezentarea grafica lnp = f(1/T) este o dreapta din a carei panta se poate calcula entalpia molara de vaporizare H_v.

In cazul unor intervale mari de temperatura, se ia in considerare variatia entalpiei molare de vaporizare cu temperatura conform legii lui Kirchhoff (4.98):

unde:      = entalpia molara de vaporizare la 0 K

Cea mai mare temperatura la care se poate masura presiunea de vapori este punctul critic deoarece deasupra acestei temperaturi starea lichida nu mai exista. Limita inferioara a curbei presiune de vapori - temperatura, in lipsa fenomenului de supraracire, este la punctul triplu, adica la temperatura de solidificare a lichidului sub propria presiune de vapori.

S-au stabilit doua reguli empirice privind fenomenul de fierbere.

O valoare apropiata a entalpiei molare de vaporizare se poate obtine cu ajutorul regulii lui Trouton (1884) conform careia entropia molara de vaporizare la temperatura de fierbere este aproximativ constanta pentru lichidele neasociate (lichide nepolare) sau raportul dintre caldura latenta de fierbere si temperatura de fierbere este acelasi pentru toate lichidele neasociate:

(5.14)

O alta regula privitoare la fenomenul de fierbere este regula lui Guldberg care precizeaza ca temperatura de fierbere la presiunea normala reprezinta 0,64 din temperatura critica a unui lichid.

Variatia temperaturii de fierbere cu presiunea are numeroase aplicatii tehnice si anume la: concentrarea solutiei de zahar, sterilizarea conservelor in industria alimentara, sterilizarea instrumentelor medicale.