Pressão de vapor de um líquido
TABELA 1 Pressão de vapor da água em várias
temperaturas
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Temperatura (°C)
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Pressão de vapor
(kPa)
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0
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0,6
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10
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1,2
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20
|
2,3
|
30
|
4,2
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40
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7,4
|
50
|
12,3
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60
|
19,9
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70
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31,2
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80
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47,4
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90
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70,1
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100
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101,3 (1 atm)
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150
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475,7
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200
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1.553,6
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250
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3.973,6
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300
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8.583,8
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Fonte: LIDE, D. R. (Ed.). cc Handbook of Chemistry and Physics. 84. ed.
Boca Raton: CRC Prese, 2003. p. 6-10 s.
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Considere um sistema
fechado no qual haja água líquida em equilíbrio com vapor-d’água, como o esquematizado
a seguir.
O equilíbrio entre a fase líquida e a fase vapor pressupõe que a
extensão de cada uma delas permaneça constante, ou seja, que a velocidade de
vaporização seja igual à de condensação.
A pressão medida
nesse sistema, denominada pressão de vapor da água, é a pressão que, nessa
temperatura, corresponde à situação de coexistência (isto é, existência
simultânea) de água líquida e vapor-d’água. Com uma montagem experimental como
essa foram obtidos os valores de pressão de vapor da água em várias
temperaturas. Alguns desses valores aparecem na tabela 1.
Se elaborarmos um
gráfico da pressão de vapor da água em função da temperatura, o que iremos
obter nada mais é do que a curva que, no diagrama de fases da água, separa a
região de água liquida da região de vapor-d’água.
O aumento da temperatura acarreta um aumento na pressão de vapor de um
líquido.
Análise microscópica
do equilíbrio líquido-vapor com a elevação da temperatura
Fase líquida: O aumento da
temperatura (fornecimento de calor) acarreta um aumento de energia das
moléculas da fase líquida, o que implica mais moléculas do líquido “saírem”
para o estado de vapor.
Fase vapor: O aumento da
temperatura (fornecimento de calor) acarreta um aumento da energia e do número
das moléculas na fase vapor. Tal efeito provoca um aumento do número de choques
entre as moléculas do vapor e as paredes do recipiente. Como consequência, ao
ser atingido um novo equilíbrio líquido-vapor, a pressão exercida pelo vapor
será maior, ou seja, haverá um aumento da pressão de vapor.
Volume das fases não
afeta a pressão de vapor de um líquido
Acabamos de ver que a
pressão de vapor da água varia com a temperatura.
O gráfico da pressão
de vapor em função da temperatura, conhecido como curva de pressão de
vapor, expressa graficamente essa dependência.
Verifica-se,
experimentalmente, que a pressão de vapor de uma substância, numa dada
temperatura, não depende do volume e do formato das fases líquida e vapor que
estão em equilíbrio.
Os desenhos a seguir
ilustram esquematicamente essa constatação experimental.
Esse fato tem pelo
menos dois desdobramentos importantes apresentados em ⓐ e ⓑ.
Imagine que, em
vários frascos iguais, coloquemos quantidades diferentes de água e que todos
sejam fechados e mantidos à mesma temperatura. Haverá evaporação do líquido, a
concentração de vapor irá aumentando até que, num dado momento, se estabelecerá
o equilíbrio entre as fases vapor e líquida.
Uma vez estabelecido
esse equilíbrio, apesar de o volume das fases ser diferente nos frascos, a
pressão da fase vapor será a mesma em todos eles, como está representado na
figura ⓐ, abaixo. (No
entanto, se a quantidade de líquido colocada inicialmente for muito pequena, a
quantidade de vapor formado pode não ser suficiente para atingir a pressão de
vapor — aquela que permite o estabelecimento do equilíbrio. Assim, todo o
liquido terá evaporado sem que se atinja o equilíbrio. Se não houver esse
equilíbrio, a pressão interna da fase vapor será inferior à pressão de vapor do
liquido.)
Imagine que a mesma
experiência seja repetida, agora com frascos de tamanhos e formatos diferentes,
mas com quantidades iguais de líquido. Como anteriormente, desde que a
quantidade de líquido colocada seja suficiente, o líquido irá evaporando e a
concentração de vapor irá aumentando até que, num dado momento, se estabelecerá
o equilíbrio entre as fases líquida e vapor. Estabelecido esse equilíbrio,
apesar de o volume das fases (notadamente da fase vapor) ser diferente nos
frascos, a pressão da fase vapor será a mesma em todos. Veja a figura ⓑ.
§ Volume das fases não
afeta a pressão de vapor de um líquido
A pressão de vapor
depende do líquido
Fazendo a medida da
pressão de vapor em diversas temperaturas, com outros líquidos diferentes da
água, constata-se que a pressão de vapor depende do líquido. O gráfico abaixo
mostra as curvas de pressão de vapor de quatro líquidos: sulfeto de carbono,
metanol, etanol (álcool comum) e água.
Curvas de pressão de vapor para os líquidos sulfeto de carbono (CS₂), metanol (CH₃OH), etanol (CH₃CH₂OH) e água.
Comparando a volatilidade de líquidos diferentes
O dissulfeto de alila e propila (C₆H₁₂S₂) e o S-óxido de tiopropanal (C₃H₆SO) são substâncias voláteis presentes na cebola; este último é agente lacrimejante. E se a pessoa cortar uma cebola bem gelada? Isso fará alguma diferença? Por quê?
O gráfico acima permite comparar, numa mesma temperatura, as pressões de vapor das quatro substâncias. Conforme esboçado na figura ao lado, a sequência crescente de pressão de vapor é: água, etanol, metanol e sulfeto de carbono.
O líquido com maior pressão de vapor, numa dada temperatura, é o que apresenta, nessa temperatura, maior tendência a evaporar. Ao comparar líquidos, dizemos que aquele que possui maior tendência a evaporar é o mais volátil. Volatilidade é a tendência de sofrer vaporização.
•Atenção Sulfeto de carbono, metanol e etanol são líquidos tóxicos e altamente inflamáveis
Comparando as quatro substâncias, temos:
água < etanol < metanol < sulfeto de carbono
Verifica-se aumento da pressão de vapor e da volatilidade ►
Dentre as substâncias acima, o sulfeto de carbono é o líquido de maior pressão de vapor. Suas moléculas passam mais facilmente da fase líquida para a fase vapor (mais volátil). A pressão de vapor de um líquido indica sua volatilidade.
