Contente

• Passos
• Adendo

Você já deixou uma garrafa d'água ao sol por algumas horas, depois abriu a tampa e ouviu um pequeno "pop"? Este som é devido pressão de vapor na garrafa de causa. Em química, a pressão de vapor é a pressão que atua na parede de um vaso fechado conforme o líquido no vaso evapora (se transforma em gás). Para encontrar a pressão de vapor em uma temperatura conhecida, use a equação de Clausius-Clapeyron: ln (P1 / P2) = (ΔH_vapor/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Passos

Método 1 de 3: use a equação de Clausius-Clapeyron

1. 

   Escreva a equação de Clausius-Clapeyron. Ao considerar a mudança da pressão de vapor ao longo do tempo, a fórmula para calcular a pressão de vapor é a equação de Clausius-Clapeyron (em homenagem aos físicos Rudolf Clausius e Benoît Paul Émile Clapeyron). Esta é uma fórmula comumente usada para resolver problemas comuns de pressão de vapor em física e química. A fórmula é escrita da seguinte forma: ln (P1 / P2) = (ΔH_vapor/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). Nesta fórmula, as variáveis ​​representam:
   • ΔH_vapor: Entalpia de evaporação de líquidos. Este valor pode ser encontrado na tabela no final de um livro de química.
   • R: Constante de gás ideal e igual a 8.314 J / (K × Mol).
   • T1: A temperatura na qual a pressão de vapor é conhecida (temperatura inicial).
   • T2: A temperatura na qual a pressão de vapor é necessária (temperatura final).
   • P1 e P2: A pressão de vapor correspondente nas temperaturas T1 e T2.

2. 

   
   
   Substitua valores conhecidos por variáveis. A equação de Clausius-Clapeyron parece bastante complicada porque existem muitas variáveis ​​diferentes, mas não é muito difícil se o problema fornecer informações suficientes. Os problemas mais básicos de pressão de vapor fornecerão dois valores de temperatura e um valor de pressão ou dois valores de pressão e um valor de temperatura - uma vez que você tem esses dados, é fácil resolver.
   • Por exemplo, suponha que o problema seja para um recipiente de líquido a 295 K e com uma pressão de vapor de 1 atmosfera (atm). A questão é: Qual é a pressão do vapor a uma temperatura de 393 K? Temos dois valores para temperatura e um para pressão, portanto é possível resolver para a pressão restante com a equação de Clausius-Clapeyron. Colocando valores em variáveis, temos ln (1 / P2) = (ΔH_vapor/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Para a equação de Clausius-Clapeyron, devemos sempre usar um valor de temperatura Kelvin. Você pode usar qualquer valor de pressão, desde que esteja nas mesmas unidades para P1 e P2.

3. 

   
   
   Substitua as constantes. A equação de Clausius-Clapeyron tem duas constantes: R e ΔH_vapor. R é sempre igual a 8.314 J / (K × Mol). No entanto, ΔH_vapor (entalpia volátil) depende do tipo de líquido de vaporização fornecido pelo problema. Com isso dito, você pode procurar os valores ΔH_vapor de uma variedade de substâncias no final de um livro de química ou física, ou procure on-line (por exemplo, aqui).
   • No exemplo acima, suponha que o líquido seja água pura. Se procurar na tabela o valor H_vapor, temos ΔH_vapor de água purificada é de aproximadamente 40,65 kJ / mol. Uma vez que o valor H usa unidades joul, temos que convertê-lo para 40.650 J / mol.
   • Colocando constantes na equação, temos ln (1 / P2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295)).

4. 

   
   
   Resolva a equação. Depois de inserir todos os valores nas variáveis ​​da equação, exceto a variável que estamos calculando, continue resolvendo a equação de acordo com o princípio algébrico usual.
   • O ponto mais difícil ao resolver a equação (ln (1 / P2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))) é o processamento da função logarítmica natural (ln). Para eliminar a função de log natural, use ambos os lados da equação como o expoente da constante matemática e. Em outras palavras, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Agora vamos resolver a equação do exemplo:
   • ln (1 / P2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4.889,34) (- 0,00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0,0165
   • P2 = 0,0165 = 60,76 atm. Esse valor é razoável - em um vaso fechado, quando a temperatura é aumentada em quase 100 graus (para uma temperatura de aproximadamente 20 graus acima do ponto de ebulição da água), muito vapor é gerado, então a pressão aumenta. Muito de.
   propaganda

Método 2 de 3: Encontre a pressão de vapor da solução dissolvida

1. 

   Escreva a Lei de Raoult. Na verdade, raramente trabalhamos com líquidos puros - freqüentemente temos que trabalhar com misturas de muitas substâncias diferentes. Algumas misturas comuns são criadas pela dissolução de uma pequena quantidade de um produto químico chamado soluto em uma grande quantidade de outros produtos químicos chamados Solvente formar solução. Nesse caso, precisamos conhecer a equação da Lei de Raoult (em homenagem ao físico François-Marie Raoult), que se parece com esta: P_solução= P_SolventeX_Solvente. Nesta fórmula, as variáveis ​​representam:
   • P_solução: Pressão de vapor de toda a solução (todos os componentes da solução)
   • P_Solvente: Pressão de vapor de solvente
   • X_Solvente: Fração molar do solvente.
   • Não se preocupe se você ainda não conhece o termo "parte molar" - explicaremos nas próximas etapas.

2. 

   Distinguir solventes e solventes em solução. Antes de calcular a pressão de vapor de uma solução, você precisa identificar as substâncias que são fornecidas pelo problema. Observe que uma solução é formada quando um solvente é dissolvido em um solvente - o produto químico que é dissolvido é sempre um soluto, e o produto químico que faz o trabalho é o solvente.
   • Nesta seção, daremos um exemplo simples para ilustrar os conceitos acima. Suponha que desejamos encontrar a pressão de vapor da solução de xarope. Normalmente o xarope é preparado a partir de uma parte de açúcar dissolvido em uma parte de água, por isso dizemos açúcar é soluto e água é solvente.
   • Nota: a fórmula química da sacarose (açúcar granulado) é C₁₂H₂₂O₁₁. Você achará esta informação muito importante.

3. 

   Encontre a temperatura da solução. Como podemos ver na seção de Clausius Clapeyron mencionada acima, a temperatura do líquido afetará sua pressão de vapor. Em geral, quanto mais alta a temperatura, mais alta a pressão do vapor - conforme a temperatura aumenta, mais líquido evapora e aumenta a pressão no vaso.
   • Neste exemplo, suponha que a temperatura atual da calda seja 298 K (cerca de 25 C).

4. 

   Encontre a pressão de vapor do solvente. As referências químicas fornecem valores de pressão de vapor para muitas substâncias e misturas comuns, mas geralmente apenas valores de pressão a 25 ° C / 298 K ou à temperatura do ponto de ebulição. Se sua solução tem esta temperatura, então você pode usar um valor de referência, caso contrário, você precisa encontrar a pressão de vapor na temperatura inicial da solução.
   • A equação de Clausius-Clapeyron pode ajudar aqui, usando pressão e temperatura 298 K (25 C) para P1 e T1.
   • Neste exemplo, a temperatura da mistura é de 25 ° C, então podemos usar uma tabela de consulta. Vemos água a 25 ° C com uma pressão de vapor de 23,8 mmHg

5. 

   Encontre a fração molar do solvente. A última coisa que você precisa fazer antes de resolver os resultados é encontrar a fração molar do solvente. Isso é muito fácil: basta converter os ingredientes em moles e, em seguida, encontrar a porcentagem de cada um dos moles totais da mistura. Em outras palavras, a porção molar de cada componente é igual (número de moles da mistura) / (moles totais da mistura).
   • Suponha que a receita do xarope seja 1 litro (L) de água e 1 litro de sacarose (açúcar). Em seguida, precisamos encontrar o número de moles de cada ingrediente. Para fazer isso, encontraremos as massas de cada componente e, em seguida, usaremos a massa molar desses componentes para calcular os moles.
   • Peso (1 L de água): 1.000 gramas (g)
   • Peso (1 L de açúcar bruto): Aprox.1056,7 g
   • Número de moles (água): 1.000 gramas × 1 mol / 18.015 g = 55,51 mol
   • Moles (açúcar): 1.056,7 gramas × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (Observe que você pode encontrar a massa molar do açúcar em sua fórmula química, C₁₂H₂₂O₁₁.)
   • Mols totais: 55,51 + 3,08 = 58,59 mols
   • Fração molar da água: 55,51 / 58,59 = 0,947

6. 

   Resolva resultados. Finalmente, temos dados suficientes para resolver a equação de Raoult. Isso é muito fácil: insira os valores nas variáveis ​​da equação do Teorema de Raoult mencionada no início desta seção (P_solução = P_SolventeX_Solvente).
   • Substituindo os valores, temos:
   • P_solução = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_solução = 22,54 mmHg. Esse resultado é razoável - em termos molares, apenas um pouco de açúcar se dissolve em muita água (embora esses dois tenham de fato o mesmo volume), então a pressão de vapor só cairá um pouco.
   propaganda

Método 3 de 3: Encontre a pressão do vapor em casos especiais

1. 

   Identifique as condições padrão de pressão e temperatura. Os cientistas costumam usar um par de valores de pressão e temperatura como condições "padrão". Esses valores são chamados de pressão e temperatura padrão (coletivamente chamados de condição padrão ou DKTC). Os problemas de pressão do vapor geralmente se referem ao DKTC, portanto, você deve memorizar esses valores por conveniência. DKTC é definido como:
   • Temperatura: 273,15 K / 0 C / 32 F
   • Pressão: 760 mmHg / 1 atm / 101.325 quilopascais

2. 

   Mude para a equação de Clausius-Clapeyron para encontrar outras variáveis. No exemplo da Parte 1, vemos que a equação de Clausius-Clapeyron é muito eficaz quando se trata de calcular a pressão de vapor de substâncias puras. Porém, nem todos os problemas exigem encontrar P1 ou P2, mas muitas vezes até pedem para encontrar a temperatura ou mesmo o valor de ΔH._vapor. Nesse caso, para encontrar a resposta, você só precisa mudar a equação para que a variável desejada fique de um lado da equação e todas as outras variáveis ​​fiquem do outro lado.
   • Por exemplo, suponha que haja um líquido desconhecido com uma pressão de vapor de 25 torr a 273 K e 150 torr a 325 K, e queremos encontrar a entalpia volátil desse líquido (ΔH_vapor) Podemos resolver o seguinte:
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_vapor/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_vapor/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_vapor. Agora vamos substituir os valores:
   • 8.314 J / (K × Mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vapor
   • 8.314 J / (K × Mol) × 3.033,90 = ΔH_vapor = 25.223,83 J / mol

3. 

   Leve em consideração a pressão de vapor do soluto conforme ele evapora. No exemplo acima da Lei de Raoult, nosso soluto é o açúcar, então ele não evapora sozinho à temperatura ambiente (você acha que já viu uma tigela de açúcar evaporar?). No entanto, quando a substância se dissolve realmente Se evaporar, afetará a pressão geral de vapor da solução. Calculamos essa pressão usando a equação variável da Lei de Raoult: P_solução = Σ (P_ingredienteX_ingrediente). O símbolo (Σ) significa que temos que somar todas as pressões de vapor dos diferentes componentes para encontrar uma resposta.
   • Por exemplo, digamos que temos uma solução composta de dois produtos químicos: benzeno e tolueno. O volume total da solução é de 120 mL; 60 mL de benzeno e 60 mL de tolueno. A temperatura da solução é 25 ° C e a pressão de vapor de cada componente químico a 25 ° C é 95,1 mmHg para o benzeno e 28,4 mmHg para o tolueno. Para os valores dados, encontre a pressão de vapor da solução. Podemos resolver o problema usando a densidade, massa molar e pressão de vapor dos dois produtos químicos:
   • Volume (benzeno): 60 mL = 0,06 L × 876,50 kg / 1.000 L = 0,053 kg = 53 g
   • Peso (tolueno): 0,06 L × 866,90 kg / 1.000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Número de moles (benzeno): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Número de moles (tolueno): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Mols totais: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Fração molar (benzeno): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Fração molar (tolueno): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Resolva resultados: P_solução = P_benzenoX_benzeno + P_toluenX_toluen
   • P_solução = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_solução = 51,92 mmHg + 12,89 mmHg = 64,81 mmHg
   propaganda

Adendo

• Para usar a equação de Clausius Clapeyron acima, você deve converter a temperatura em unidades de Kevin (denotadas por K). Se você tem a temperatura em graus Celsius, altere-a com a seguinte fórmula: T_k = 273 + T_c
• Você pode aplicar os métodos acima porque a energia é proporcional à quantidade de calor fornecida. A temperatura do líquido é o único fator ambiental que afeta a pressão do vapor.