Una práctica muy habitual para los estudiantes de quÃmica es disminuir la presión de vapor para conseguir que el punto de ebullición de una sustancia descienda, este proceso es relativamente sencillo y encierra muchos términos útiles para comprender distintos fenómenos, como cambios de fase, cambios de lÃquido a gas y de gas a lÃquido.
Antes de desarrollar el experimento es importante dejar claro los conceptos de fase, liquido, gas, cambio de fase, si estos cambios son estables e invariantes, factores que afectan los cambios de fase, presión de vapor y punto de ebullición.
Conceptos que se abordarán en el experimento
Fase: Es una porción visiblemente idéntica y homogénea, de la cual se espera que presente caracterÃsticas y propiedades similares.- Liquido: Es una sustancia en la que sus partÃculas presentan mayor movilidad que los sólidos y menor que los gases, no presenta forma determinada pero si un volumen fijo.
- Gas: Es un fluido sin forma ni volumen propios, sus moléculas tienden a separarse unas de otras y presentan mayor movilidad que las de los lÃquidos.
- Presión de vapor: Es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o lÃquido sobre la fase liquida de los mismos, para obtener una temperatura determinada, en la que la fase liquida y el vapor encuentran un equilibrio dinámico.
- Cambio de fase de lÃquido a gas: En los lÃquidos la energÃa cinética, la cual se puede medir mediante la temperatura, es mucho mayor lo que implica que las moléculas tienen mayor movilidad y mayor velocidad. La presión de vapor deforma el material por no tener suficiente fuerza de cohesión; sin embargo la fuerza con la que las moléculas empujan a la presión de vapor es mucho mayor, esto se debe a que la energÃa dentro del lÃquido es mucho mayor que en los sólidos. La fuerza con la que el lÃquido empuja de vuelta a la atmósfera se conoce como presión de vapor, como se pueden agrupar varias moléculas, se puede considerar que están escapando de la fase liquida a la fase gaseosa.
- Punto de ebullición: Es la temperatura en la que la presión de vapor del lÃquido iguala la presión de vapor del medio en el que se encuentra. Se conoce también como la temperatura a la cual la materia cambia del estado lÃquido al estado gaseoso.
Materiales necesarios para el experimento de Punto de ebullición y presión de vapor
En este experimento se necesitarán materiales usados en un laboratorio, es decir que está especialmente dirigido a estudiantes de ciencias biológicas o quÃmicas que necesiten destilar liquido en condiciones especiales.
- Agua destilada.
- Otro lÃquido, puede ser alcohol.
- Un sistema de destilación totalmente cerrado.
- Una bomba de vacÃo.
- Una fuente de calor, puede ser una parrilla eléctrica.
- Sistema de enfriamiento.
- Un termómetro.
- Matraces.
Procedimiento a seguir para realizar el experimento
- Primero se debe armar el equipo de destilación, asegurándote de que esté completamente cerrado, de lo contrario no funcionara.
- El agua destilada debe ser colocada en uno de los matraces y el sistema de enfriamiento en funcionamiento en el tubo de recolección.
- El termómetro debe ser introducido en el matraz, pero debe quedar fijo porque de lo contrario la bomba de vacÃo lo podrÃa arrastrar provocando que se rompa junto con el matraz.
- Cuando todo esté en su lugar, se enciende la bomba de vacÃo para retirar todo el aire que se pueda.
- Cuando se ha retirado el aire con la bomba de vacÃo, se coloca el matraz que contiene el agua destilada sobre la parrilla eléctrica y se espera alcance el punto de ebullición.
- Podremos observar que el agua está hirviendo en aproximadamente 40 a 60 grados o menos, mientras que a nivel del mar el agua hierve a 100 grados centÃgrados. Este proceso se llama destilación a presión reducida.
- Para utilizar el alcohol no debe haber fuentes de ignición cercanas, es decir, no debe haber nada de fuego.
-  Para poder retirar el termómetro e introducir el alcohol se debe esperar a que el lÃquido se enfrié.
Explicación del experimento de punto de ebullición y presión de vapor
El efecto logrado con el experimento se debe a que mediante la bomba de vacÃo, se está retirando el aire que estaba contenido en el sistema; este aire estaba ejerciendo una fuerza, la de la presión atmosférica sobre las moléculas del agua.
Dado que primero debe igualarse la presión de vapor con la presión atmosférica para que un lÃquido hierva, se debe suministrar energÃa en forma de calor a todos los lÃquidos para que puedan aumentar su presión de vapor.
Lo que se hizo en este experimento fue retirar todo el aire que se pudo, eliminando gran parte de la presión atmosférica, por lo que el lÃquido necesitaba menos energÃa y menor presión de vapor para alcanzar e igualar la presión atmosférica.
Como ya lo habÃamos mencionado si se abre el sistema con el termómetro dentro y todavÃa el sistema utilizado está caliente y sobre la parrilla eléctrica, la temperatura subirá inmediatamente dañando el termómetro, el sistema tiene que estar totalmente frÃo para poder abrirlo.