25.3: Sistemas Líquido-Vapor - Ley de Raoult

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Los líquidos tienden a ser volátiles, y como tales entrarán en la fase de vapor cuando la temperatura se incremente a un valor suficientemente alto (¡siempre que no se descompongan primero!) Un líquido volátil es aquel que tiene una presión de vapor apreciable a la temperatura especificada. Una mezcla ideal que continúa al menos un líquido volátil se puede describir usando la Ley de Raoult.

Ley de Raoult

La ley de Raoult se puede utilizar para predecir la presión de vapor total por encima de una mezcla de dos líquidos volátiles. Resulta que la composición del vapor será diferente a la de los dos líquidos, teniendo el compuesto más volátil una fracción molar mayor en la fase vapor que en la fase líquida. Esto se resume en el siguiente diagrama teórico para una mezcla ideal de dos compuestos, uno que tiene una presión de vapor pura de\(P_A^* = 450\, Torr\) y el otro que tiene una presión de vapor puro de\(P_B^* = 350\, Torr\). En la Figura\(\PageIndex{1}\), la fase líquida se representa en la parte superior de la gráfica donde la presión es mayor.

Figura\(\PageIndex{1}\): *La fase líquida se representa en la parte superior de la gráfica donde la presión es mayor*

A menudo, es deseable representar el diagrama de fases a una sola presión para que la temperatura y la composición sean las variables incluidas en la representación gráfica. En dicho diagrama, el vapor, que existe a temperaturas más altas) se indica en la parte superior del diagrama, mientras que el líquido está en la parte inferior. Un diagrama típico de temperatura vs. composición se representa en la Figura\(\PageIndex{2}\) para una mezcla ideal de dos líquidos volátiles.

Figura 2B.png — Figura\(\PageIndex{2}\): *Diagrama típico de temperatura vs. composición.*

En este diagrama,\(T_A^*\) y\(T_B^*\) representan los puntos de ebullición de compuestos puros\(A\) y\(B\). Si un sistema que tiene la composición indicada por\(X_B^c\) tiene su temperatura aumentada a la indicada por el punto c, El sistema constará de dos fases, una fase líquida, con una composición indicada por\(X_B^d\) y una fase vapor indicada con una composición indicada por\(X_B^b\). Las cantidades relativas de material en cada fase pueden ser descritas por la regla de la palanca, como se ha descrito anteriormente.

Además, si el vapor con composición\(X_B^b\) se condensa (la temperatura se baja a la indicada por el punto b') y se revaporiza, el nuevo vapor tendrá la composición consistente con\(X_B^{a}\). Esto demuestra cómo el líquido más volátil (el que tiene la temperatura de ebullición más baja, que es A en el caso del diagrama anterior) puede purificarse de la mezcla recogiendo y reevaporando fracciones del vapor. Si el líquido fuera el producto deseado, se recogerían fracciones del líquido residual para lograr el resultado deseado. Este proceso se conoce como destilación.

Colaboradores

Patrick E. Fleming (Department of Chemistry and Biochemistry; California State University, East Bay)