Conceito de pressão de vapor, exemplos e exercícios resolvidos

O pressão de vapor É aquele que experimenta a superfície de um líquido ou sólido, como um produto de um equilíbrio termodinâmico de suas partículas em um sistema fechado. Um sistema fechado é entendido por um recipiente, recipiente ou garrafa que não é exposto ao ar e pressão atmosférica.

Portanto, todo líquido ou sólido em um recipiente exerce uma pressão de vapor característica de sua natureza química. Uma garrafa de água fechada está em equilíbrio com vapor de água, que "Apiana" a superfície do líquido e as paredes internas da garrafa.

Bebidas gaseificadas ilustram o conceito de pressão de vapor. Fonte: Pixabay.

Embora a temperatura permaneça constante, não haverá variação na quantidade de vapor de água presente na garrafa. Mas se aumentar, chegará a um ponto onde será criada uma pressão que poderá disparar na tampa; Como acontece ao tentar encher e fechar deliberadamente uma garrafa com água fervente.

As bebidas gaseificadas, por outro lado, são um exemplo mais óbvio (e seguro), então a pressão do vapor é entendida. Ao descobri-los, o equilíbrio de gás-líquido é interrompido por dentro, o vapor é liberado do lado de fora em um som semelhante a uma sela. Isso não aconteceria se sua pressão de vapor fosse menor ou desprezível.

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Conceito de pressão de vapor

Pressão de vapor e forças intermoleculares

Descobrindo várias bebidas gaseificadas, para as mesmas condições, oferece uma idéia qualitativa da qual têm maior pressão de vapor, dependendo da intensidade do som emitido.

Uma garrafa de éter também se comportaria da mesma maneira; Não é assim de óleo, mel, calda ou tensão de café moído. Eles não tornariam nenhum aviso perceptível, a menos que liberassem gases devido à decomposição.

Isso ocorre porque suas pressões de vapor são mais baixas ou desprezíveis. O que escapa da garrafa são moléculas de fase gasosa, que devem primeiro superar as forças que as mantêm "presas" ou coesas no líquido ou sólido; isto é, eles devem superar forças ou interações intermoleculares exercidas pelas moléculas de seus arredores.

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Se não houvesse interações, nem haveria um líquido ou sólido para travar dentro da garrafa. Portanto, quanto mais fracas as interações intermoleculares são, maior a probabilidade de moléculas de abandonar o líquido desordenado, ou a ordem ou estruturas amorfas do sólido.

Isso se aplica não apenas a substâncias ou compostos puros, mas também para misturas, onde as bebidas e licores acima mencionados entram. Assim, é possível prever qual garrafa terá maior pressão de vapor sabendo a composição de seu conteúdo.

Evaporação e volatilidade

O líquido ou sólido dentro da garrafa, assumindo que ela será descoberta, evaporará continuamente; isto é, as moléculas de sua superfície escapam para a fase gasosa, que são dispersas no ar e suas correntes. É por isso que a água acaba evaporando completamente se a garrafa não fechar ou a panela for coberta.

Mas o mesmo não acontece com outros líquidos, muito menos quando se trata de sólidos. A pressão do vapor para este último geralmente é tão ridícula que talvez milhões de anos sejam necessários antes que uma diminuição do tamanho seja percebida; Supondo que eles não tenham sido oxidados, corroídos ou decompostos durante todo esse tempo.

Dizem então que uma substância ou composto é volátil se evapora rapidamente à temperatura ambiente. Observe que a volatilidade é um conceito qualitativo: não é quantificado, mas é o produto da comparação de evaporação entre vários líquidos e sólidos. Aqueles que evaporam mais rapidamente, serão considerados mais voláteis.

Por outro lado, a pressão do vapor é persistente, reunindo em si o que é entendido como evaporação, ebulição e volatilidade.

Equilíbrio termodinâmico

As moléculas na fase gasosa colidem com a superfície do líquido ou o sólido. Ao fazer isso, as forças intermoleculares das outras moléculas, mais condensadas, podem pará -las e mantê -las, evitando assim novamente como vapor. No entanto, no processo, outras moléculas de superfície conseguem escapar, tornando -se vapor.

Se a garrafa estiver fechada, chegará um momento em que o número de moléculas que entram no líquido ou sólido será igual àqueles que os deixam. Temos um equilíbrio, o que depende da temperatura. Se a temperatura aumentar ou diminuir, a pressão do vapor mudará.

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A uma temperatura mais alta, quanto maior a pressão do vapor, porque as moléculas líquidas ou sólidas terão mais energia e podem escapar mais facilmente. Mas se a temperatura permanecer constante, o saldo será realizado; isto é, a pressão do vapor vai parar de aumentar.

Exemplos de pressão de vapor

Suponha que você tenha n-Butano, cap₃CH₂CH₂CH₃, e dióxido de carbono, CO₂, Em dois recipientes separados. Aos 20 ºC, suas pressões de vapores foram medidas. A pressão do vapor para o n-Butano é de aproximadamente 2,17 atm, enquanto o dióxido de carbono é de 56,25 atm.

As pressões a vapor também podem ser medidas em unidades de PA, Bar, Torr, MMHG e outros. O co₂ Tem uma pressão de vapor quase 30 vezes maior que o n-Butano, então, à primeira vista, seu recipiente deve ser mais resistente para poder armazená -lo; E ter fissuras, vai atirar mais violentamente.

Este co₂ É dissolvido em bebidas gaseificadas, mas em quantidades bem pequenas, para que quando as garrafas ou latas não explodem, mas apenas um som ocorre.

Por outro lado, temos um dietileter, ch₃CH₂OCH₂CH₃ ou et₂Ou, cuja pressão de vapor a 20 ºC é de 0,49 atm. Um recipiente deste éter ao descobrir soará semelhante ao de um refrigerante. Sua pressão de vapor é quase 5 vezes menor que a do n-butano, então, em teoria, terá mais certeza de manipular uma garrafa de dieteléter do que uma garrafa de n-butano.

Exercícios resolvidos

Exercício 1

Qual dos dois compostos a seguir deve ter uma pressão de vapor superior a 25 ºC? Dietyléter ou álcool etílico?

A fórmula estrutural do dietil é Cho₃CH₂OCH₂CH₃, e o de álcool etílico, Cho₃CH₂Oh. Em princípio, o dietiléter tem uma massa molecular maior, é maior, por isso pode -se acreditar que sua pressão de vapor é menor, pois suas moléculas são mais pesadas. No entanto, o oposto ocorre: o dietil é mais volátil que o álcool etílico.

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Isso ocorre porque chóis CHO₃CH₂Oh, como os Choons₃CH₂OCH₂CH₃, Eles interagem através das forças dipolo-dipolo. Mas, diferentemente do dietílico, o álcool etílico é capaz de formar pontes de hidrogênio, que são caracterizadas por serem especialmente fortes e direcionais dipolos: CHO₃CH₂Ho-hoch₂CH₃.

Consequentemente, a pressão de vapor do álcool etílico (0,098 atm) é menor que a do dietil (0,684 atm), apesar do fato de que suas moléculas são mais leves.

Exercício 2

Acredita -se que os dois sólidos a seguir tenham a maior pressão de vapor a 25ºC? Naftaleno ou iodo?.

A molécula de naftaleno é biciclica, com dois anéis aromáticos e um ponto de ebulição de 218 ºC. O iodo, por outro lado, é linear e homonuclear, e₂ ou i-i, tendo um ponto de ebulição de 184 ºC. Somente essas propriedades colocam iodo possivelmente como o sólido com a maior pressão de vapor (ferva a uma temperatura mais baixa).

Ambas as moléculas, as do naftaleno e iodo, são apolares, então eles interagem através de forças dispersivas de Londres.

O naftaleno tem uma massa molecular maior que o iodo e, portanto, é compreensível supor que suas moléculas são difíceis de abandonar o perfumado Solid Black to Tar; enquanto para iodo eles serão mais fáceis de escapar de cristais roxos escuros.

De acordo com os dados retirados de PubChem, As pressões a vapor a 25 ºC para naftaleno e iodo são: 0,085 mmHg e 0,233 mmHg, respectivamente. Portanto, o iodo tem uma pressão de vapor 3 vezes maior que a naftaleno.

Referências

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). Cengage Learning.
2. Vapor de pressão. Recuperado de: química.Purdue.Edu
3. Wikipedia. (2019). Vapor de pressão. Recuperado de: em.Wikipedia.org
4. Os editores da Enyclopaedia Britannica. (3 de abril de 2019). Pressão de vapor. Encyclopædia britannica. Recuperado de: Britannica.com
5. Nichole Miller. (2019). Vapor de pressão: definição, equação e exemplo. Estudar. Recuperado de: estudo.com