Revisando la ecuación de Clausius/Clapeyron y la causa de la linealidad
Autores: Thompson, Jason E.; Paluch, Andrew S.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Revisando la ecuación de Clausius/Clapeyron y la causa de la linealidad
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía térmica
Palabras clave
Compuesto orgánico
Presión de vapor
Rango de temperatura
Ecuación de Clausius/Clapeyron
Compresibilidad
Entalpía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
En general, para un compuesto orgánico, un gráfico de la presión de vapor logarítmica frente a la temperatura inversa es lineal en un amplio rango de temperaturas. Sin embargo, esto puede llevar a un punto de confusión en un curso de termodinámica de pregrado. Este comportamiento lineal se explica típicamente utilizando la ecuación de Clausius/Clapeyron. Es decir, comenzando con la ecuación de Clapeyron, primero se asume (1) que el cambio en la compresibilidad al vaporizarse es aproximadamente 1, o equivalente a que la fase de vapor puede ser tratada como un gas ideal donde el volumen molar del vapor es mucho mayor que el del líquido, que puede asumirse como despreciable. Y segundo (2), que la entalpía de vaporización es constante. Si bien el comportamiento lineal resultante se captura, las suposiciones subyacentes no son aplicables en el amplio rango de temperaturas de interés. Aquí discutimos las limitaciones de la explicación convencional de la ecuación de Clausius/Clapeyron. Además, demostramos que una solución simple es asumir que la entalpía de vaporización en relación con el cambio en la compresibilidad al vaporizarse es constante. Proporcionamos una serie de ejemplos y código MATLAB que se puede utilizar en un curso de termodinámica de pregrado.
Descripción
En general, para un compuesto orgánico, un gráfico de la presión de vapor logarítmica frente a la temperatura inversa es lineal en un amplio rango de temperaturas. Sin embargo, esto puede llevar a un punto de confusión en un curso de termodinámica de pregrado. Este comportamiento lineal se explica típicamente utilizando la ecuación de Clausius/Clapeyron. Es decir, comenzando con la ecuación de Clapeyron, primero se asume (1) que el cambio en la compresibilidad al vaporizarse es aproximadamente 1, o equivalente a que la fase de vapor puede ser tratada como un gas ideal donde el volumen molar del vapor es mucho mayor que el del líquido, que puede asumirse como despreciable. Y segundo (2), que la entalpía de vaporización es constante. Si bien el comportamiento lineal resultante se captura, las suposiciones subyacentes no son aplicables en el amplio rango de temperaturas de interés. Aquí discutimos las limitaciones de la explicación convencional de la ecuación de Clausius/Clapeyron. Además, demostramos que una solución simple es asumir que la entalpía de vaporización en relación con el cambio en la compresibilidad al vaporizarse es constante. Proporcionamos una serie de ejemplos y código MATLAB que se puede utilizar en un curso de termodinámica de pregrado.