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• Passos
• Método 1 de 3: usando a equação de Clapeyron-Clausius
• Método 2 de 3: Calculando a pressão de vapor em soluções
• Método 3 de 3: Calculando a pressão do vapor em casos especiais
• Pontas

Você já deixou uma garrafa de água por várias horas sob o sol escaldante e ouviu um som de “assobio” ao abri-la? Este som é causado pela pressão do vapor. Em química, a pressão de vapor é a pressão exercida pelo vapor de um líquido que evapora em um recipiente hermeticamente fechado. Para encontrar a pressão de vapor em uma determinada temperatura, use a equação de Clapeyron-Clausius: ln (P1 / P2) = (ΔH_vapor/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Passos

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

1. 1 Escreva a equação de Clapeyron-Clausius que é usada para calcular a pressão de vapor conforme ela muda com o tempo. Esta fórmula pode ser usada para a maioria dos problemas físicos e químicos. A equação é semelhante a esta: ln (P1 / P2) = (ΔH_vapor/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), Onde:
   • ΔH_vapor É a entalpia de vaporização do líquido. Geralmente pode ser encontrado em uma tabela em livros didáticos de química.
   • R - constante de gás igual a 8,314 J / (K × mol)
   • T1 é a temperatura inicial (na qual a pressão de vapor é conhecida).
   • T2 é a temperatura final (na qual a pressão de vapor é desconhecida).
   • P1 e P2 - pressão do vapor nas temperaturas T1 e T2, respectivamente.
2. 2 Substitua os valores das quantidades fornecidas a você na equação de Clapeyron-Clausius. A maioria dos problemas fornece dois valores de temperatura e um valor de pressão ou dois valores de pressão e um valor de temperatura.
   • Por exemplo, um recipiente contém líquido a uma temperatura de 295 K e sua pressão de vapor é de 1 atmosfera (1 atm). Encontre a pressão de vapor em 393 K. Aqui você recebe duas temperaturas e uma pressão, então você pode encontrar uma pressão diferente usando a equação de Clapeyron-Clausius. Substituindo os valores fornecidos a você na fórmula, você obtém: ln (1 / P2) = (ΔH_vapor/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Observe que na equação de Clapeyron-Clausius, a temperatura é sempre medida em kelvin e a pressão em qualquer unidade de medida (mas devem ser iguais para P1 e P2).
3. 3 Substitua as constantes. A equação de Clapeyron-Clausius contém duas constantes: R e ΔH_vapor... R é sempre 8,314 J / (K × mol). Valor ΔH_vapor (entalpia de vaporização) depende da substância cuja pressão de vapor você está tentando encontrar; essa constante geralmente pode ser encontrada em uma tabela em livros didáticos de química ou em sites (por exemplo, aqui).
   • Em nosso exemplo, digamos que haja água na vasilha. ΔH_vapor água é igual a 40,65 kJ / mol ou igual a 40650 J / mol.
   • Insira as constantes na fórmula e obtenha: ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Resolva a equação usando operações algébricas.
   • Em nosso exemplo, a variável desconhecida está sob o sinal do logaritmo natural (ln). Para se livrar do logaritmo natural, converta ambos os lados da equação para a potência da constante matemática "e". Em outras palavras, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Agora resolva a equação:
   • ln (1 / P2) = (40650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4889,34) (- 0,00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0,0165
   • P2 = 0,0165 = 60,76 atm. Isso faz sentido, pois aumentar a temperatura em um recipiente hermeticamente fechado em 100 graus aumentará a vaporização, o que aumentará significativamente a pressão do vapor.

Método 2 de 3: Calculando a pressão de vapor em soluções

1. 1 Escreva a lei de Raoult. Na vida real, líquidos puros são raros; frequentemente lidamos com soluções. Uma solução é feita adicionando-se uma pequena quantidade de um determinado produto químico denominado "soluto" a uma quantidade maior de outro químico denominado "solvente". No caso de soluções, use a lei de Raoult:P_solução = P_solventeX_solvente, Onde:
   • P_solução É a pressão de vapor da solução.
   • P_solvente É a pressão de vapor do solvente.
   • X_solvente - a fração molar do solvente.
   • Se você não sabe o que é uma fração molar, continue lendo.
2. 2 Determine qual substância será o solvente e qual será o soluto. Lembre-se de que um soluto é uma substância que se dissolve em um solvente, e um solvente é uma substância que dissolve um soluto.
   • Considere um exemplo de xarope. Para obter um xarope, uma parte do açúcar é dissolvida em uma parte da água, então o açúcar é um soluto e a água é um solvente.
   • Observe que a fórmula química da sacarose (açúcar comum) é C₁₂H₂₂O₁₁... Precisaremos disso no futuro.
3. 3 Encontre a temperatura da solução, pois ela afetará sua pressão de vapor. Quanto mais alta a temperatura, mais alta a pressão de vapor, uma vez que a vaporização aumenta com o aumento da temperatura.
   • Em nosso exemplo, digamos que a temperatura do xarope seja 298 K (cerca de 25 ° C).
4. 4 Encontre a pressão de vapor do solvente. Os valores da pressão de vapor para muitos produtos químicos comuns são fornecidos em manuais de química, mas normalmente são fornecidos em temperaturas de 25 ° C / 298 K ou em seus pontos de ebulição. Se no problema você receber tais temperaturas, use os valores dos livros de referência; caso contrário, você precisa calcular a pressão de vapor em uma determinada temperatura da substância.
   • Para isso, use a equação de Clapeyron-Clausius, substituindo a pressão de vapor e a temperatura de 298 K (25 ° C) em vez de P1 e T1, respectivamente.
   • Em nosso exemplo, a temperatura da solução é 25 ° C, então use o valor das tabelas de referência - a pressão de vapor da água a 25 ° C é 23,8 mmHg.
5. 5 Encontre a fração molar do solvente. Para fazer isso, encontre a razão entre o número de mols de uma substância e o número total de mols de todas as substâncias na solução. Em outras palavras, a fração molar de cada substância é (número de mols da substância) / (o número total de mols de todas as substâncias).
   • Digamos que você usou 1 litro de água e 1 litro de sacarose (açúcar) para fazer um xarope. Nesse caso, é necessário encontrar o número de moles de cada substância. Para fazer isso, você precisa encontrar a massa de cada substância e, em seguida, usar as massas molares dessas substâncias para obter os moles.
   • Peso de 1 litro de água = 1000 g
   • Peso de 1 litro de açúcar = 1.056,7 g
   • Mole (água): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mole (sacarose): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (observe que você pode encontrar a massa molar da sacarose a partir de sua fórmula química C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Número total de moles: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Fração molar de água: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Agora insira os dados e os valores encontrados das quantidades na equação de Raoult dada no início desta seção (P_solução = P_solventeX_solvente).
   • Em nosso exemplo:
   • P_solução = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_solução = 22,54 mmHg Arte. Isso faz sentido, uma vez que uma pequena quantidade de açúcar é dissolvida em uma grande quantidade de água (se medida em moles; sua quantidade é a mesma em litros), então a pressão de vapor diminuirá ligeiramente.

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

1. 1 Definição das condições padrão. Freqüentemente, em química, os valores de temperatura e pressão são usados ​​como uma espécie de valor "padrão". Esses valores são chamados de temperatura e pressão padrão (ou condições padrão). Em problemas de pressão de vapor, as condições padrão são frequentemente mencionadas, por isso é melhor lembrar os valores padrão:
   • Temperatura: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Pressão: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Reescreva a equação de Clapeyron-Clausius para encontrar outras variáveis. A primeira seção deste artigo mostrou como calcular as pressões de vapor de substâncias puras. No entanto, nem todos os problemas exigem encontrar a pressão P1 ou P2; em muitos problemas é necessário calcular a temperatura ou o valor de ΔH_vapor... Nesses casos, reescreva a equação de Clapeyron-Clausius isolando o desconhecido em um lado da equação.
   • Por exemplo, dado um líquido desconhecido, a pressão de vapor do qual é 25 Torr a 273 K e 150 Torr a 325 K. É necessário encontrar a entalpia de vaporização deste líquido (ou seja, ΔH_vapor) A solução para este problema:
   • 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 substitua os valores fornecidos para você:
   • 8,314 J / (K × mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vapor
   • 8,314 J / (K × mol) × 3033,90 = ΔH_vapor = 25223,83 J / mol
3. 3 Considere a pressão de vapor do permeado. Em nosso exemplo da segunda seção deste artigo, o soluto - açúcar - não evapora, mas se o soluto produz vapor (evapora), a pressão de vapor deve ser levada em consideração. Para fazer isso, use uma forma modificada da equação de Raoult: P_solução = Σ (P_substânciaX_substância), onde o símbolo Σ (sigma) significa que é necessário somar os valores das pressões de vapor de todas as substâncias que constituem a solução.
   • Por exemplo, considere uma solução feita de dois produtos químicos: benzeno e tolueno. O volume total da solução é de 120 mililitros (ml); 60 ml de benzeno e 60 ml de tolueno.A temperatura da solução é 25 ° C e a pressão de vapor a 25 ° C é 95,1 mm Hg. para benzeno e 28,4 mm Hg. para tolueno. É necessário calcular a pressão de vapor da solução. Podemos fazer isso usando as densidades das substâncias, seus pesos moleculares e valores de pressão de vapor:
   • Peso (benzeno): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Massa (tolueno): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mole (benzeno): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mole (tolueno): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Número total de moles: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Fração molar (benzeno): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Fração molar (tolueno): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Solução: P_solução = P_benzenoX_benzeno + P_toluenoX_tolueno
   • P_solução = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_solução = 51,92 mm Hg. Arte. + 12,89 mm Hg. Arte. = 64,81 mmHg Arte.

Pontas

• Para usar a equação de Clapeyron Clausius, a temperatura deve ser especificada em graus Kelvin (denotados por K). Se sua temperatura for dada em Celsius, você precisará convertê-la usando a seguinte fórmula: T_k = 273 + T_c
• O método acima funciona porque a energia é diretamente proporcional à quantidade de calor. A temperatura do líquido é o único fator ambiental que afeta a pressão do vapor.