Equilibrio fisico

Fundamento
Equilibrio físico
Atendiendo al hecho de que una sustancia a diferentes condiciones de presión y temperatura puede existir como sólido, líquido y gas, existen también condiciones específicas de cada sustancia que permiten la coexistencia entre dichas fases. El estudio teórico de las condiciones de tal coexistencia se conoce como Equilibrio Físico.
El equilibrio físico existe en unsistema cuando todas las variables termodinámicas (Energía interna, Entalpía, Entropía, Energía libre de Gibbs, etc.) no cambian con el tiempo.
La diferencia fundamental entre vapor y un gas
Tanto gas como vapor se refieren a sustancias en estado gaseoso, es decir el estado de agregación en que la materia no tiene forma ni volumen propio. La diferencia está en que un vapor puede convertirse en unlíquido aumentando suficientemente la presión, mientras que un gas no puede convertirse en un líquido a presión alguna si además no se lo enfría. Todas las sustancias tienen una temperatura crítica que marca la transición entre ambos estados. Por encima de esta temperatura crítica la sustancia es un gas y no puede licuarse (transformarla en un líquido) por compresión. Por debajo de esatemperatura crítica, esa misma sustancia se puede pasar al estado líquido aumentando la presión y se la llama vapor.

Presión de vapor
Es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio físico. El Sistema Internacional de Unidades (SI) reconoce a la presión como unaunidad derivada de la fuerza ejercida a través de un área determinada, a esta unidad se le conoce por el nombre de Pascal (Pa). Un pascal es equivalente a un newton por metro cuadrado (Pa = N/m2).
Uno de los principales factores que afecta la presión de vapor es la propia naturaleza del líquido, encontrándose que en general entre líquidos de naturaleza similar, la presión de vapor a una temperaturadada es tanto menor, cuanto mayor es el peso molecular del líquido.

Entalpía de vaporización
La entalpía de vaporización o calor de vaporización es la cantidad de energía necesaria para que un mol de un elemento que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a una presión de una atmósfera, pase completamente al estado gaseoso. Se expresa en unidades de J/mol ó cal/mol.
El valor disminuyea temperaturas crecientes, lentamente cuando se está lejos del punto crítico, más rápidamente al acercarse, y por encima de la temperatura crítica las fases de líquido y vapor ya no coexisten.
Ecuación de Clausius-Clapeyron
Es una manera de caracterizar la transición de fase entre dos estados de la materia, como el líquido y el sólido. En un diagrama P-T (presión-temperatura), la línea quesepara ambos estados se conoce como curva de coexistencia.
Útil para predecir donde va ocurrir una transición de fase así como la obtención de la entalpía de vaporización.

Existen dos formas para esta ecuación, la diferencial:
d(lnT)dT=∆HvapRT2
La integral:
lnPvap=-∆HvapRT+b
Donde b es una constante, o bien de la manera:
lnP2P1=-∆HvapR(1T2-1T1)
De la ecuación en su forma integral podemosobtener una ecuación lineal que corresponde en sus características a la ecuación de una recta
y=mx+b

Donde:
y=lnPvap m=-∆HvapRT b=constante b
Gráficamente se representa
Y

X

Entonces la entalpía de vaporización es la pendiente de la recta, mientras que la ordenada al origen es nuestra constante b.
La literatura reporta un valor de la entalpía de vaporización para el agua pura de 40.7KJ/mol a 273.15K.
Ley de Charles
Para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética (debido al movimiento) de las moléculas del gas. Así que, para cierta cantidad de gas a una presión...