Contextualización
La presión de vapor juega un papel fundamental en nuestra vida cotidiana, a pesar de pasar desapercibida muchas veces. Por ejemplo, cuando calentamos una olla de agua para hervir, esencialmente estamos aumentando la presión de vapor del agua hasta que iguale la presión atmosférica, permitiendo que el agua se convierta en estado gaseoso. Alternativamente, cuando sudamos, la presión de vapor del sudor permite que se evapore, enfriando nuestro cuerpo. Por lo tanto, comprender este concepto es crucial para nuestra apreciación de la química en general.
La presión de vapor es la presión ejercida por un vapor en equilibrio con su fase condensada (líquida o sólida) a una temperatura dada. Es una medida de cuán fácilmente las moléculas de un líquido o sólido pueden escapar a la fase gaseosa. La presión de vapor es una propiedad intensiva, es decir, independiente de la cantidad de sustancia, y aumenta con la temperatura, hecho que puede explicarse por el aumento de la energía cinética de las moléculas con la temperatura.
Cuando tenemos una mezcla de líquidos, el concepto de presión de vapor se aplica a cada componente de la mezcla, teniendo en cuenta su fracción molar en la mezcla. Esto permite comprender, por ejemplo, cómo funcionan los combustibles, ya que normalmente son mezclas de hidrocarburos con diferentes presiones de vapor.
Introducción Teórica
La presión de vapor es un concepto fundamental en termodinámica y es clave para entender el comportamiento de las sustancias en las transiciones de fase. La presión de vapor de una sustancia es la presión ejercida por el gas o vapor que se forma por encima de un líquido o sólido, en un recipiente cerrado, cuando este gas o vapor está en equilibrio dinámico con el líquido o sólido, a una temperatura constante.
Para que haya este equilibrio, la cantidad de moléculas que pasan de la fase líquida a la fase de vapor es igual a la cantidad de moléculas que pasan de la fase de vapor a la fase líquida. La presión de vapor depende de la naturaleza de la sustancia y de la temperatura a la que el sistema está sometido.
En una mezcla de líquidos, la presión de vapor total es la suma de las presiones de vapor de cada componente. Esto lleva al concepto de presión de vapor parcial, que depende de la fracción molar del componente en la mezcla.
Para un determinado líquido o sólido, la presión de vapor aumenta con la temperatura. Esto ocurre porque, a medida que la temperatura aumenta, las moléculas tienen más energía para transformarse en vapor. Sin embargo, incluso a una temperatura dada, diferentes sustancias tendrán diferentes presiones de vapor, dependiendo de cuán fuertes sean las fuerzas intermoleculares en ellas.
Actividad Práctica
Título de la Actividad: Presión de Vapor en Acción
Objetivo del Proyecto
El objetivo de esta actividad es permitir que los alumnos pongan en práctica los conceptos aprendidos sobre presión de vapor, mediante la realización de experimentos para medir la presión de vapor de diferentes líquidos, bajo diferentes condiciones, lo que les ayudará a comprender el comportamiento de las sustancias en las transiciones de fase.
Descripción del Proyecto
Los alumnos medirán la presión de vapor de diferentes líquidos a diferentes temperaturas, y explorarán la relación entre presión de vapor, temperatura y fuerzas intermoleculares. También explorarán cómo se comporta la presión de vapor en una mezcla de líquidos.
Materiales Necesarios
- Varios líquidos: agua, éter etílico, alcohol isopropílico, alcohol etílico y acetona.
- Termómetro.
- Globos.
- Recipiente para calentar los líquidos.
- Equipo de seguridad: gafas, guantes y bata.
- Cronómetro.
Pasos Detallados
Atención: Este experimento debe ser realizado bajo la supervisión de un profesor o responsable. Algunos de los líquidos utilizados son inflamables y/o peligrosos si se ingieren. La seguridad debe ser la prioridad.
- Divídase en grupos de 3 a 5 alumnos.
- Seleccione uno de los líquidos y registre la temperatura inicial.
- Llene un globo con el líquido elegido.
- Coloque el globo en un recipiente con agua a temperatura ambiente y registre el tiempo que el globo tarda en vaciarse. Este tiempo representa la tasa de evaporación del líquido.
- Repita los pasos 3 y 4, pero ahora calentando el recipiente con agua. Registre la temperatura y el tiempo.
- Repita el experimento para todos los líquidos.
- Ahora, haga una mezcla de dos líquidos en proporciones iguales y repita los pasos 3 a 6.
- Discuta los resultados con el grupo y escriba un informe.
Nota: La idea es que al calentar el líquido, el tiempo que el globo tarda en vaciarse (es decir, la tasa de evaporación) disminuya, lo que refleja el aumento de la presión de vapor. Los diferentes líquidos tendrán diferentes tasas de evaporación, lo que refleja sus diferentes presiones de vapor. Para la mezcla de líquidos, la tasa de evaporación será alguna combinación de las tasas de los componentes individuales, reflejando las presiones de vapor individuales.
Entregas del Proyecto
Deberán entregarse:
- Presentación de diapositivas sobre la actividad.
- Informe escrito con las secciones Introducción, Desarrollo, Conclusiones y Bibliografía.
En el informe, los alumnos deben:
- Introducir el concepto de presión de vapor y su contexto aplicado;
- Describir la actividad realizada, explicando la metodología utilizada y los resultados obtenidos;
- Discutir y reflexionar sobre los resultados y los conceptos aprendidos;
- Citar las fuentes de información utilizadas.
Este informe es una oportunidad para que los alumnos desarrollen habilidades de escritura científica y de síntesis de conceptos teóricos y prácticos. Durante la escritura del informe, los alumnos deben demostrar una comprensión clara del concepto de presión de vapor y su relación con la temperatura y las fuerzas intermoleculares.
El informe también debe incluir un análisis detallado de los datos recopilados durante el experimento, con gráficos que representen la relación entre presión de vapor y temperatura para cada líquido, y una discusión sobre el comportamiento de la presión de vapor en la mezcla de líquidos.
