Determinação da Entropia e Entalpia Média

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS – UNIFAL

INSTITUTO DE QUÍMICA

DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA E ENTROPIA MÉDIOS DE VAPORIZAÇÃO

Disciplina: Físico-química ll

Docente: Luciano Virtuso

Discentes: Luana Caroline         de O. Lima         2015.2.07.011

       Luiza Nara Alberti Contini         2015.2.07.034

email: [e-mail]

                                               

Alfenas – MG

Setembro/2017

Resumo:

No equilíbrio de fases de uma mistura, os valores da pressão de vapor e da temperatura são de extrema importância. Sabendo que a vaporização é a passagem do estado líquido para o estado gasoso, há inúmeras formas de se determinar a pressão de vapor de um líquido experimentalmente e também na literatura, desde que se tenha conhecimento sobre as propriedades físicas. Para se conhecer os valores de pressão associados a procedimentos experimentais é necessário conhecer a equação de Clausius-Clapeyron, a qual permite a determinação de valores de entalpia e entropia, bem como a comparação de resultados práticos e teóricos.  É importante estar ciente sobre os erros experimentais associados no controle da temperatura e do volume do líquido, para que haja uma minimização de erros.

Introdução:

As moléculas de um estado líquido estão sempre em constante movimento, podendo variar a velocidade. No ponto de ebulição, por exemplo, o líquido passa para o estado gasoso após ser submetido a determinada temperatura e à uma determinada pressão, ocorrendo uma movimentação tumultuosa dessas moléculas. Esse ponto será atingido quando, a uma dada temperatura, a pressão máxima de vapor for igual a pressão exercida pelo meio em que o líquido está. É importante ressaltar que ebulição difere de evaporação, pois a evaporação ocorre mais lentamente e não precisa atingir o aquecimento da massa como um todo.

 À determinadas temperaturas, as substâncias podem assumir comportamentos diferentes. Quando aquecemos um líquido, as moléculas tendem a ficar agitadas e o vapor produzido aumentará à medida que o tempo passar. A pressão de vapor de uma substância aumenta com a temperatura, por que nas temperaturas mais elevadas, o número de moléculas que tem energia suficiente para escapar da interação com as moléculas vizinhas é maior. Sabendo que a velocidade de evaporação é igual a velocidade de condensação, podemos atingir um equilíbrio entre o líquido e o vapor – por meio da interface e quando em um sistema fechado – e este exerce então uma pressão nesse meio. Quando este equilíbrio for atingido, teremos a pressão máxima de vapor.  

Com isso é possível encontrar uma curva de equilíbrio, calculando seu coeficiente angular, entre pressão de vapor e temperatura de duas fases levando em consideração que seu potencial químico (µ) são iguais em toda extensão da curva.

No equilíbrio:  µ(v)  (T,P) = µ(l) (T,P)

dµ(v) = dµ(l)

Como dG = Vdp - Sdt é equivalente a dµ=Vdp – Sdt, temos:

V(v) dp - S(v) dt = V(l)dp - S(l)dt,

(V(v) -V(l))dp = (S(v) -S(l))dt

Rearranjando, têm-se:

[pic 1]

Essa equação é conhecida por Equação de Clapeyron.

        Em seguida, podemos também calcular a entropia (S) e a entalpia do sistema. A entropia permite-nos entender a mudança de estados por meio de processos espontâneos. O calor transferido em um processo consequentemente altera a dispersão de energia do sistema e a entropia é capaz de medir essa dispersão de energia. Esta equação é capaz de avaliar as interações presentes no líquido. Tal intensidade pode ser capaz de alterar a distância molecular e o grau de desordem do sistema. Já a entalpia de vaporização (H) corresponde ao calor fornecido ao sistema a uma pressão constante, sendo o processo endotérmico e obtendo sempre um valor positivo, apesar de não ser possível conhecermos o valor exato da mesma. Ou seja, a entalpia nada mais é do que a variação da quantidade de calor necessária para ocorrer as mudanças de fases de uma substancia.  É uma função de estado, pois depende somente dos estados inicias e finais do sistema.

        Partindo-se desses conceitos e da equação de Clapeyron, podemos deduzir uma fórmula que será possível calcular a entalpia média molar de vaporização a partir de medidas de pressão de vapor de um líquido a várias temperaturas diferentes:

[pic 2]

        Uma vez que  ∆Svap=∆Hmolarvap/T, com o ∆Hmolarvap o calor de vaporização molar do líquido, na fronteira líquido/vapor a equação de clayperon pode ser escrita como:

[pic 3]

        Sabendo que ∆Vmolar=V(v)-V(l), temos que V(v) >>V(l), então, Vmol(v) -Vmol(l) ≈ V(gas),  e considerando que a fase de vapor se comporta idealmente (gás ideal) temos:

[pic 4]

        Substituindo na equação de Clausius:

[pic 5]

        

cuja integração desde a temperatura To, onde a pressão de vapor é po até a temperatura T, onde a pressão de vapor é p resulta em:

[pic 6]

com a hipótese que ΔHvaporiz seja constante nesse intervalo de temperatura, resulta na equação de Clausius-Clapeyron:

[pic 7]

que mostra que ln p decresce linearmente com 1/T e que o coeficiente angular da curva ln p em função de 1/T é proporcional ao ΔHvaporiz. Quando po =1atm, To é a temperatura normal de vaporização do líquido, neste caso:

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