Propiedades de los Líquidos y Gases
Velocidad de Evaporación de un Líquido
La velocidad de evaporación de un líquido depende de:
- Área de la superficie del líquido: A mayor área, mayor velocidad de evaporación.
- Temperatura del líquido y del aire: A mayor temperatura, mayor velocidad de evaporación.
- Movimiento del aire sobre la superficie líquida: A mayor movimiento, mayor velocidad de evaporación.
Recipiente Cerrado y Equilibrio
En un recipiente cerrado, las partículas que se condensan igualan a las que se vaporizan, lo que significa que el número de partículas en cada estado permanece constante, alcanzando un equilibrio.
Presión de Vapor
La presión de vapor es la presión que ejercen las partículas sobre la superficie del líquido y las paredes del recipiente. Su valor indica la tendencia de las partículas a vaporizarse a una temperatura determinada.
Relación entre Presión de Vapor y Temperatura
A mayor temperatura, mayor velocidad de evaporación, lo que facilita la vaporización. Esto aumenta el número de partículas en estado libre y, por lo tanto, la presión de vapor.
Efecto de la Presión Externa sobre la Presión de Vapor
La presión de vapor varía poco por efecto de la presión externa. Si se mantiene el líquido bajo una presión y el vapor bajo su presión de vapor, entonces la presión de vapor depende de la presión externa. Se puede demostrar que la presión de vapor aumenta ligeramente al aumentar la presión total del líquido.
Ebullición
Cuando la presión de vapor alcanza la presión externa, se produce la ebullición. La temperatura a la que esto ocurre se llama temperatura de ebullición y depende de la presión del líquido.
Calor Latente de Vaporización
Para que la evaporación sea a temperatura constante, debe suministrarse calor al líquido, el cual se absorbe durante el cambio de estado. El calor absorbido en el paso de 1 gramo de sustancia del estado líquido al estado de vapor a temperatura constante se llama calor latente de vaporización y depende de la temperatura del cambio de estado. Cuando se condensa, se libera calor y el calor latente de vaporización tiene el mismo valor pero con signo contrario.
Humedad Relativa y Punto de Rocío
La humedad relativa es el grado de saturación a una temperatura dada, que se define como la relación en porcentaje entre la cantidad de vapor de H2O en un volumen de aire y la cantidad necesaria para saturar dicho volumen.
El punto de rocío es la temperatura a la que una muestra de aire tiene una humedad relativa del 100%. En los gases de combustión, habrá un punto de rocío físico (del agua) y un punto de rocío químico o ácido (por ejemplo, del ácido sulfúrico).
Densidad
La densidad absoluta se define como la masa por unidad de volumen.
La densidad relativa es la relación entre la densidad absoluta de una sustancia y la densidad absoluta de una sustancia patrón (adimensional).
El peso específico absoluto es el peso por unidad de volumen, mientras que el peso específico relativo es la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico de una sustancia patrón.
Masa y Peso
La masa es la cantidad de materia de un cuerpo, mientras que el peso es la medida del efecto de una fuerza gravitatoria sobre dicha masa.
Productos Petrolíferos
La densidad de los productos petrolíferos se expresa en grados API (API):
API = 141.5 / (densidad relativa a 60 °F/60 °F) – 131.5
Variación de la Densidad con la Temperatura
La densidad varía con la temperatura, ya que el volumen cambia con la temperatura. En general, la densidad disminuye al aumentar la temperatura.
Variación de la Densidad con la Presión
La densidad también varía con la presión, y esta variación es más significativa que la variación con la temperatura. Al aumentar la presión, disminuye el volumen y aumenta la densidad.
Principio de Arquímedes
Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen del fluido desalojado. Este empuje se conoce como empuje hidrostático.
Disco Plimsoll
El disco Plimsoll se utiliza en los buques para fijar el calado máximo (mínimo francobordo) con el que puede navegar el buque en condiciones de seguridad. Las marcas del disco Plimsoll indican:
- DT: Dulce tropical
- D: Dulce
- T: Tropical
- V: Agua de mar en verano
- I: Invierno
- ANI: Invierno del Atlántico Norte
El permiso de agua dulce indica la variación del calado permitida en agua dulce.
Viscosidad
La viscosidad es la resistencia a fluir de un líquido debido a las fuerzas de atracción entre las partículas.
La viscosidad cinemática es la relación entre la viscosidad absoluta (η) y la densidad (ρ) de la sustancia a la misma temperatura:
Viscosidad cinemática (ν) = η / ρ (unidades: m2/s = 104 St)
La viscosidad absoluta se puede expresar como:
Viscosidad absoluta (η) = (F * d) / (A * v) (unidades: Ns/m2 = 10 Poise)
donde:
- F: Fuerza aplicada
- d: Distancia entre las placas
- A: Área de las placas
- v: Velocidad relativa entre las placas
Variación de la Viscosidad con la Temperatura y la Presión
En los líquidos, la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura y aumenta al aumentar la presión.
En los gases, la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura. A partir de 10 atm, la viscosidad en un gas aumenta con la presión.
Difusión
La velocidad de difusión depende de:
- Naturaleza de los fluidos
- Estado de agregación
- Superficie de contacto
- Variación de concentración por unidad de longitud
- Temperatura
- Presión
Ecuación de los Gases Ideales
La ecuación de los gases ideales relaciona la presión (P), el volumen (V), la cantidad de sustancia (n), la constante de los gases ideales (R) y la temperatura (T):
PV = nRT
Ley de Graham
La ley de Graham establece que la velocidad de efusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar:
Velocidad1 / Velocidad2 = √(M2 / M1)
donde:
- Velocidad1 y Velocidad2: Velocidades de efusión de los gases 1 y 2, respectivamente
- M1 y M2: Masas molares de los gases 1 y 2, respectivamente
Tensión Superficial
La tensión superficial es la energía requerida para aumentar la superficie de un líquido en 1 cm2 (unidades: ergios/cm2).
Se dice que un líquido moja a un sólido cuando las fuerzas adhesivas líquido-sólido son mayores que las fuerzas cohesivas en el interior del líquido.
Capilaridad
La capilaridad describe fenómenos de superficie y está relacionada con la tensión superficial. Se produce en tubos finos llamados capilares, donde un líquido puede ascender o descender debido a las fuerzas de adhesión y cohesión.
Propiedades Coligativas
Las propiedades coligativas son propiedades de las disoluciones que dependen del número de partículas de soluto presentes en la disolución, pero no de su naturaleza química. Estas propiedades incluyen:
- Descenso de la presión de vapor del disolvente: El descenso relativo de la presión de vapor del disolvente es proporcional a la fracción molar del soluto.
- Elevación ebulloscópica: La temperatura de ebullición de una disolución es mayor que la del disolvente puro.
- Descenso crioscópico: La temperatura de congelación de una disolución es menor que la del disolvente puro.
- Presión osmótica: La presión osmótica es la presión que se debe aplicar a una disolución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable.
Transporte de Gases
Los gases permanentes son aquellos cuyas temperaturas críticas son inferiores a la temperatura ambiente.
Clasificación de los Gases
Propiedades Químicas
- Inflamables: Pueden arder en presencia de oxígeno en el aire. El punto de inflamación es la temperatura mínima a la que un líquido inflamable produce suficientes vapores para la combustión.
- No inflamables: No arden en ninguna concentración de aire u oxígeno, pero pueden mantener una combustión.
- Inertes: No arden ni mantienen la combustión.
- Reactivos: Reaccionan con otras sustancias bajo condiciones previsibles.
- Tóxicos: Venenosos o irritantes.
Propiedades Físicas
- Comprimidos: Gases a temperatura normal y alta presión.
- Licuados: Líquidos a temperatura normal y alta presión.
- Criogénicos: Líquidos a temperatura muy fría y presión moderada.
- Disueltos a presión: Disueltos en un líquido.
Buque GNL (Gases Naturales Licuados)
Los buques GNL transportan grandes volúmenes de gas natural licuado (GNL). El punto de ebullición del GNL es de -163 °C. El transporte es criogénico y se mantiene a la temperatura de ebullición mediante aislamiento. Estos buques tienen una capacidad de 120.000 a 130.000 m3.