PROPRIEDADES DOS LÍQUIDOS – PRESSÃO DE VAPOR DOS LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA

 

ENGENHARIA QUÍMICA

 

PROPRIEDADES DOS LÍQUIDOS –

PRESSÃO DE VAPOR DOS LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA

 

 

Salvador, Bahia, Brasil

2014

        

ENGENHARIA QUÍMICA

 

PROPRIEDADES DOS LÍQUIDOS –

PRESSÃO DE VAPOR DOS LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA

 

Salvador, Bahia, Brasil

2014

• INTRODUÇÃO

Pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor quando este está em equilíbrio com o líquido que lhe deu origem. A pressão de vapor é uma medida da tendência de evaporação de um líquido. Quanto maior for a sua pressão de vapor maior, mais volátil será o líquido.

• Objetivos

• Verificar a validade das equações de avaliação da pressão de vapor dos líquidos em função da temperatura;

• Determinar experimentalmente as constantes (P∞) para equação de pressão de vapor a partir da distribuição de Boltzmann;

• Determinar o calor de vaporização de diferentes líquidos.

• Fundamentação teórica

A densidade dos líquidos e dos sólidos, quando comparada a dos gases é mais alta, devido ao fato do volume ser menor que é causado pela proximidade das moléculas, o que explica o fato das forças intermoleculares nos líquidos serem muito mais intensas do que nos gases (CASTELLAN,1986).

        Calor de vaporização é a quantidade de calor absorvida na transformação de líquido para vapor. A vaporização é um processo endotérmico (deve ser fornecido calor ao líquido) para que as moléculas possuam energia suficiente para vencer as forças intermoleculares(CASTELLAN,1986).

        A existência de uma pressão de vapor e o seu aumento com a temperatura são consequências da distribuição de energia de Maxwell-Boltzmann. Mesmo a temperaturas baixas, uma fração das moléculas no líquido tem, em virtude da distribuição de energia, energia em excesso além da energia de coesão no líquido.  Esta fração aumenta rapidamente com o aumento da temperatura. Quanto maior for esta fração, maior será a pressão de vapor. E essa pressão independe das quantidades de vapor e líquidos presentes, é uma característica do material  (CASTELLAN,1986).

        É possível relacionar a pressão de vapor com o calor de vaporização. Como a interação molecular no líquido é grande, a sua energia potencial (W) é baixa. Já no gás, essa energia potencial é alta. Pela lei de Boltzmann, o número de moléculas de gás por metro cúbico é N = A exp.(-W/RT), onde A é uma constante. No gás, o número de moléculas por metro cúbico é proporcional à pressão de vapor e, portanto, temos p = B x exp.(-W/RT), onde B é outra constante. A energia necessária para transformar um líquido é W, energia de vaporização, que se relaciona com o calor de vaporização molar (Qvap) por: Qvap = W + RT. Substituindo este valor de W na expressão de p, obtemos:

[pic 1]

onde p∞ é uma constante que representa a pressão máxima a que um determinado sistema pode ser submetido. Para linearizar essa equação, faz-se:

[pic 2]

[pic 3]

Partindo dessa fórmula, o p∞ e o Qvap podem ser calculados usando a reta, sendo obtida a partir do gráfico de ln pvap x 1/T. O coeficiente linear da reta “a” permite calcular o p∞, já que a = ln p∞. E o coeficiente angular “b” possibilita o cálculo de Qvap pela seguinte expressão: b = -Qvap/R.

        Pode-se também, utilizar de um sistema com dois pontos fornecidos de pressão e temperatura:

[pic 4]

• Parte experimental

1. Foi feito um levantamento de dados experimentais de [Pvap x T]; Pôde-se ainda retirar os dados experimentais da tabela em anexo utilizando a equação[pic 5], onde de C1 a C5 são constantes referenciadas na tabela para cada líquido.

1. No programa do excel (Windows®) inseriu-se uma coluna com os valores de todas as constantes, identificando-as;
2. Criou-se uma coluna com diferentes valores de temperatura conforme a faixa utilizada experimentalmente;
3. Na coluna seguinte, foi calculado o valor da pressão pela equação experimental;
4. Na coluna ao lado, calculou-se o valor do inverso da temperatura (1/T);
5. Finalmente foi calculado o valor do logarítmo da pressão (ln(p));
6. Repetiu-se o procedimento para temperaturas diferentes da faixa calculada experimentalmente;
7. Construiu-se um gráfico de ln(p) com o inverso da temperatura, para verificar a linearização da equação, juntamente com o coeficiente de correlação;
8. Calculou-se o calor de vaporização e as constantes da equação;
9. Por fim, foi comparado o comportamento das diferentes substâncias e os calores de vaporização teóricos e experimentais.

• Resultados e Discussões

Tabela 1: Determinação de Qvap e do P∞ dentro da faixa de temperatura

	Qvap kJ/mol	b	Constante dos gases (R)	a	P∞
Ciclohexano	41,597	-5003	8,3145	23,043	1,016 x 1010
Hidrogênio	1,04288	-125,43	8,3145	17,747	5,098x 107
Ácido fórmico	34,8818	-4195,3	8,3145	22,731	7,446x 109
Clorometano	22,279	-2679,6	8,3145	22,208	4,414x 109

A absorção de calor sem que ocorra uma variação na temperatura é característica de uma mudança no estado físico da matéria. O parâmetro p∞ é a pressão máxima que um determinado sistema pode sofrer. O calor de vaporização (Qvap) é a quantidade de calor absorvida na transformação de liquido para vapore a constante “a” de Van der Waals, para um fluido do mesmo, é proporcional ao Qvap.