A PRESSÃO DE VAPOR E ENTALPIA DE VAPORIZAÇÃO

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CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

DANIELLA

PRESSÃO DE VAPOR E ENTALPIA DE VAPORIZAÇÃO – MÉTODO ISOTENISCÓPIO

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Londrina

2021

1. INTRODUÇÃO

Quando um líquido é colocado em um recipiente, e este é completamente fechado, uma parte do líquido evapora. As moléculas formadas exercem pressão no recipiente, enquanto parte do gás se condensa de volta ao estado líquido. Se a temperatura dentro do recipiente for mantida constante, então em algum ponto o equilíbrio será alcançado. No equilíbrio, a taxa de condensação é igual à taxa de evaporação. A pressão em equilíbrio é chamada de pressão de vapor e permanecerá constante enquanto a temperatura no recipiente não mudar. Esta relação de equilíbrio entre o vapor e o líquido pode ser derivada da seguinte equação termodinâmica:

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Se as fases de estão em equilíbrio uma com a outra, então . Reorganizando a equação acima e substituindo na equação pela mudança de entropia de vaporização, obtém-se uma equação geral para transições de fase:[pic 4]

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A equação (3) pode ser resolvida fazendo a suposição de que a entalpia de transição é independente de T e P e que a mudança no volume pode ser atribuída apenas ao volume de gás ideal.  Com essas suposições, a equação de Clausius-Clapeyron descreve como a pressão do vapor muda com as mudanças na temperatura, bem como descreve como a entalpia de vaporização afeta essas mudanças.

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Onde P = pressão de vapor, T é a temperatura em Kelvin,  é a entalpia de vaporização e R é constante dos gases.[pic 7]

Se P1 e T1 forem fixas e iguais aos valores para as condições padrão, então a equação (4) pode ser reescrita para outras condições de T e P, como:

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1. OBJETIVO

Determinar experimentalmente a pressão de vapor e a entalpia de vaporização de líquidos puros, utilizando uma base teórica a partir da equação de Clausius-Clapeyrone e das propriedades conhecidas.

1. MÉTODO

Os dados foram analisados seguindo a equação de Clausius-Clapeyron e usando o logaritmo da pressão de vapor em função do inverso da temperatura, obtém-se uma reta (a equação é linear). A partir do coeficiente linear dessa reta, pode-se obter a entalpia de vaporização.

O valor final de   permite avaliar a mudança na energia de coesão do líquido, que resulta da distância molecular, consequentemente no grau de desordem, caracterizando o aumento de entropia no sistema.[pic 9]

A Realização do experimento foi em 3 etapas, através de um simulador. Algumas dificuldades foram encontradas no primeiro contato com o simulador, como, por exemplo, a contaminação excessiva das amostras e a mudança na temperatura. Após algumas tentativas, foi possível entender o seu funcionamento.

1. Etapa 1, 2 e 3 – Determinação da pressão de vapor e entalpia de vaporização.

Os líquidos hexano, etanol e n-heptano e foram selecionados, e foi observada a temperatura ambiente e a pressão registradas para cada um. Em seguida, utilizou-se o controle de heater on/off para iniciar o aquecimento. Ao final do aquecimento, a temperatura do banho que estava ligeiramente acima do ponto de ebulição do líquido à pressão ambiente começou a cair, então os dados foram registrados no painel direito quando o líquido se encontrava igual em ambos os braços do manômetro.

Imagem 1 – Temperaturas e pressões obtidas para o n-hexano

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Fonte: https://web.mst.edu/~gbert/pvap/APvap.html

Imagem 2 – Temperaturas e pressões obtidas para o etanol

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Fonte: https://web.mst.edu/~gbert/pvap/APvap.html

Imagem 2 – Temperaturas e pressões obtidas para o n-heptano

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Fonte: https://web.mst.edu/~gbert/pvap/APvap.html

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

1. Etapa 1 – Determinação da pressão de vapor e entalpia de vaporização para o hexano.

Após a realização dos procedimentos experimentais citados anteriormente, a pressão na bomba de vácuo foi variada algumas vezes, de modo a se obter valores diferentes de temperatura registrada pelo termômetro e pressão registrada no manômetro em forma de U. Os dados obtidos estão relacionados na tabela 1.

Tabela 1

Calcula-se então o valor de ln P e também a relação 1/T. sendo esses valores relacionados na tabela 2, já convertidos para as unidades de pressão (atm) e T (K).

Tabela 2

                                                  Equação 1[pic 13]

Onde:

Q = quantidade de calor cedido ou absorvido (J);

m = massa da substância;

c = calor específico da substância (J/g°C);

ΔT = variação da Temperatura

1. Calor perdido pela água quente:

                                                  Equação 2[pic 14]

Onde:

m = massa da substância;

c = calor específico da substância (J/g°C);

ΔT = variação da Temperatura = tq - tr

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1. Calor perdido pela água fria:

                                                  Equação 3[pic 17]

         Onde:

m = massa da substância;

c = calor específico da substância (J/g°C);

ΔT = variação da Temperatura = tr – tf

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Esses dois calores não serão iguais, pois uma parte do calor perdido pela água quente foi usada para aquecer o calorímetro à temperatura tf.

1. Capacidade térmica do calorímetro

É a capacidade de um corpo de mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor.

Utilizamos a seguinte equação: