la licuefacción de los gases y los estados de la materia

Profesor: Fernando del Río H

Temas de física/ otoño 2010 1

Temas de física Otoño 2010

IX. La licuefacción de los gases y los estados de la materia



Más allá de la ley de los gases

Cuando los gases se hacen bastante densos ya no siguen la ley de los gases ideales (Boyle-Mariotte-Charles-Gay Lussac).

P =n RT

V

Por ejemplo, el vapor de agua se puede condensar.

¿Qué pasa con los gases cuando se comprimen o enfrían?,

¿seguirán siendo gases o se condensarán como el vapor de agua?



Ya en 1784, Jean Francois Clouet (1751-1801)

y Gaspard Monge (1746-1818)

licuaron el dióxido de azufre (SO2)

al comprimirlo y enfriarlo.

¿Hay diferencia entre un gas y un vapor?

¿Por qué son diferentes un gas y un líquido?

En 1783, James Watt había observado que las propiedades del vapor de agua y del agua líquida, ambas a una misma temperatura, se aproximan unas a las otras al incrementar la temperatura.



Charles Caignard de la Tour (1777-1859) estaba interesado en la acústica además de los líquidos.

En 1822 utilizó el “digestor” de

Denis Papin (1647-1712) con agua y una bola de pedernal adentro.

Al voltear el aparato, podía oír el ruido producido cuando la bola cruzaba la superficie entre el líquido y el vapor.

Pero en ciertos casos, al subir la temperatura, por encima de la temperatura de ebullición del líquido, el ruido desaparecía.

¿Qué le sucedía a la frontera entre el vapor y el líquido?



Hizo más experimentos con alcohol en tubos sellados de vidrio, que calentaba para examinar el menisco entre el líquido y el vapor.

Encontró que (con una cantidad de sustancia total adecuada) al calentar el tubo la frontera entre el líquido y el vapor termina por desvanecerse.



Estudió este fenómeno durante para otros líquidos y concluyó que “… ese estado particular exije siempre una temperatura muy elevada, casi independiente de la capacidad del tubo”. (1822)

Demostró que la existencia de una temperatura límite encima de la cual un líquido se evapora con independencia de la presión aplicada, es un fenómeno general.



Hoy conocemos ese estado

particular como punto crítico.

Caignard encontró que la temperatura crítica del agua era de 362º C, cerca del valor actual de 374º C.



Michael Faraday (1791-1867)

Estudió la liquefacción de los gases

mediante compresión y enfriamento.

Licuó varios gases, algunos no licuados antes:

CO2, SO2, N2O, C2H4, NO, NH3, HCl, Cl2, H2S y HCN.

pero encontró que no podía licuar el H2, ni el O2, ni el CO.



Llegó a la conclusión que

un gas a temperaturas mayores

que la temperatura crítica –que había estimado Caignard de la Tour– era quizás imposible de licuarlo por la aplicación de presión.



Henri Victor Regnault (1810-1878)

Desarrolló la termometría

y determinó la dilatación absoluta del mercurio; también, con gran precisión, midió los calores específicos de todos los elementos conocidos entonces y de muchos compuestos.



Estudió con mucha precisión la expansividad de los gases.

Encontró desviaciones a la ley del gas ideal. Los gases que se licúan más fácilmente son los que más se desvían de la ley del gas ideal.

Picnómetros que utilizó Regnault para medir la expansividad de los líquidos



Sèvres, el Sena en Meudon; fotografía de Henri Victor Regnault



Thomas Andrews (1813-1885)

Estudió experimentalmente el

comportamiento del CO2

gaseoso.

Su volumen bajo compresión,

su licuefacción,

y la evaporación

del CO2 líquido.



Isoterma dibujada por James Thomson.

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