Laboratorio 4

Concepto teórico

Aunque el agua hierve a 100ºC, cuando la presión es de 760 mm., el punto de ebullición varía cuando la presión cambia. Por ej: a bajas presiones, el agua hierve a una temperatura que es inferior a 100ºC. En la cumbre del Monte Blanc, a unos 4.800 m. sobre el nivel del mar, donde la presión atmosférica media es de 420 mm, el agua hierve a poco más de 84ºC. Apresiones superiores a lo normal, el agua hierve a más de 100ºC, por ej: en las calderas de vapor a alta presión en que la presión de vapor es de 11.689 mm. ó 15.9 Kg/cm2, el agua hierve a 200ºC.

La temperatura a la cual ebulle una sustancia (Pto de ebullición) es directamente proporcional a la presión que ejercen las moléculas del aire sobre ella (presión atmosférica); es por esta razón que cuando se somete a calentamiento una sustancia en un recipiente cerrado ésta hierve a menor temperatura que si se hace en un recipiente abierto. Hay menor número de partículas que le oponen resistencia al líquido para pasar de líquido a vapor.

Punto ebullición

Cuando se calienta un líquido, alcanza eventualmente una temperatura en la cual la presión del vapor es lo bastante grande que se forman burbujas dentro del cuerpo del líquido. Esta temperatura se llama punto ebullición. Una vez que el líquido comience a hervir, la temperatura permanece constante hasta que todo el líquido se ha convertido a gas.

El punto ebullición normal del agua es 100 a una atmósfera de presión. Pero si se trata de cocinar un huevo en agua hirviendo mientras se acampa en la montañas rocallosas a una elevación de 10,000 pies sobre el nivel del mar, usted encontrará que se requiere de un mayor tiempo de cocción ya que el agua hierve a no más de 90 . Usted no podrá calentar el líquido por encima de esta temperatura a menos que utilice una olla de presión. En una olla de presión típica, el agua puede seguir siendo líquida a temperaturas cercanas a 120 y el alimento se cocina en la mitad del tiempo normal.

Para explicar porqué el agua hierve a 90en las montañas, o porqué hierve a 120 en una olla de presión, aunque su punto ebullición normal es 100 , primero necesitamos entender porqué los líquidos bullen. Debe quedar claro que se tiene la ebullición de un líquido cuando la presión del vapor del gas que se escapa del líquido es igual a la presión ejercida en el líquido por sus alrededores.

6.2.1 Evaporación y presión de vapor

La energía cinética de las moléculas de un líquido está cambiando continuamente a medida que chocan con otras moléculas. En cualquier instante, algunas de las moléculas de la superficie adquieren la suficiente energía para superar las fuerzas atractivas y escapan a la fase gaseosa ocurriendo la evaporación. La velocidad de evaporación aumenta a medida que se eleva la temperatura del líquido.

Si el líquido se encuentra en un recipiente cerrado, las moléculas del vapor quedarán confinadas en las vecindades del líquido, y durante el transcurso de su movimiento desordenado algunas de ellas pueden regresar de nuevo a la fase líquida. Al principio, la velocidad de condensación de las moléculas es lenta puesto que hay pocas moléculas en el vapor. Sin embargo, al aumentar la velocidad de evaporación, también aumenta la velocidad de condensación hasta que el sistema alcanza un estado en el que ambas velocidades son iguales.

En este estado de equilibrio dinámico, la concentración de las moléculas en el vapor es constante y por lo tanto también es constante la presión. La presión ejercida por el vapor cuando se encuentra en equilibrio con el líquido, a una determinada temperatura, se denomina presión de vapor y su valor aumenta al aumentar la temperatura.

6.2.2 Temperatura de ebullición

La temperatura de ebullición es aquella a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa. En este punto, el vapor no solamente proviene de la superficie sino que también se forma en el interior del líquido produciendo burbujas y turbulencia que es característica de la ebullición. La temperatura de ebullición permanece constante hasta que todo el líquido se haya evaporado.

El punto de ebullición que se mide cuando la presión externa es de 1 atm se denomina temperatura normal de ebullición y se sobreentiende que los valores que aparecen en las tablas son puntos normales de ebullición.

6.2.3 Corrección de la temperatura de ebullición

En el caso de los líquidos, la temperatura de ebullición se ve afectada por los cambios en la presión atmosférica debidos a las variaciones en la altura. A medida que un sitio se encuentra más elevado sobre el nivel del mar, la temperatura de ebullición se hace menor . A una altura de 1500 m o 0.84 atm (Medellín, por ejemplo), el agua ebulle a 95 °C mientras que al nivel del mar el agua hierve a 100 °C.

Con el propósito de realizar comparaciones con los valores reportados por la literatura, se hace necesario corregir la temperatura normal de ebullición en un factor proporcional a la diferencia de presiones. Los factores de corrección se muestran en la tabla 6.1 y dependen de la polaridad del líquido.

Ejemplo 6.1 La temperatura normal de ebullición del agua es de 100 °C. ¿Cuál será el punto de ebullición del agua en Medellín (p = 640 torr) y Bogotá (p = 560 torr)?

Para

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