Iniciante
a) Pressão de vapor é a pressão exercida pelo vapor em equilíbrio termodinâmico com o líquido que lhe deu origem. É uma medida da tendência de evaporação do líquido.
b) A temperatura de ebulição é definida como a temperatura em que a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão do sistema. Por exemplo, a temperatura de ebulição da água a condições normais de pressão é a temperatura em que a pressão de vapor da água equivale àquela da condição normal, isto é, 1 bar.
A panela de pressão possibilita obter pressões superiores à atmosférica local, o que aumenta a temperatura de ebulição da água, permitindo aumentar a temperatura do banho usado (o que leva a um cozimento mais rápido dos alimentos, por exemplo).
c) Sim, faz, uma vez que a adição de sal leva a um abaixamento da temperatura de congelamento da água líquida (efeito crioscópico da adição de soluto), o que possibilita o resfriamento a temperaturas menores (considerando que o gelo se encontre em condições capazes de resfriar o líquido a tais temperaturas).
Intermediário
a) A temperatura de ebulição é definida como a temperatura em que a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão do sistema. Por exemplo, a temperatura de ebulição da água a condições normais de pressão é a temperatura em que a pressão de vapor da água equivale àquela da condição normal, isto é, 1 bar.
A panela de pressão possibilita obter pressões superiores à atmosférica local, o que aumenta a temperatura de ebulição da água, permitindo aumentar a temperatura do banho usado (o que leva a um cozimento mais rápido dos alimentos, por exemplo).
b) Sendo π a pressão osmótica e M a massa molar média do polímero:
πV = nRT = mRT/M ⇔ M = mRT/πV
M = 1,7452.0,08205.298,15/0,162.0,250 ⇒ M = 1054 g mol-1
Sim, esse valor é adequado, pois se encontra na faixa descrita.
c) Seja σ o erro do valor teórico de 1000 g mol-1. Tem-se que:
σ = (Mexp - Mteo) / Mteo = (1054-1000) / 1000
σ = 54/1000 = 0,054 ⇒ σ = 5,4%.
d) Sabe-se que:
ΔT = Kiω = – (Tf’ – Tf) ⇔ Tf = Tf’ + Kiω
Tf’ = 1,403°F = -16,998°C
ω = n/msol = (mpol/M) / (dX.VX) = (1,3420/1054,1) / (0,740.0,4) = 4,301.10-3 mol kg-1
Tf = Tf’ + Kiω = -16,998 + 0,37.1.4,301.10-3 ⇒ Tf = -16,996°C.
Note que como a solução é muito diluída, não há real variação da temperatura de congelamento. Isso poderia ter sido explorado na resposta (o valor de 1,403°F poderia ser usado corretamente como resposta, se seguido por essa justificativa).
Avançado
a) Sendo π a pressão osmótica e M a massa molar média do polímero:
πV = nRT = mRT/M ⇔ M = mRT/πV
M = 1,7452.0,08205.298,15/0,162.0,250 ⇒ M = 1054 g mol-1
Sim, esse valor é adequado, pois se encontra na faixa descrita.
b) Seja σ o erro do valor teórico de 1000 g mol-1. Tem-se que:
σ = (Mexp - Mteo) / Mteo = (1054-1000) / 1000
σ = 54/1000 = 0,054 ⇒ σ = 5,4%.
c) Sabe-se que:
ΔT = Kiω = – (Tf’ – Tf) ⇔ Tf = Tf’ + Kiω
Tf’ = 1,403°F = -16,998°C
ω = n/msol = (mpol/M) / (dX.VX) = (13,4420/1054,1) / (0,740.0,2) = 8,616.10-2 mol kg-1
Tf = Tf’ + Kiω = -16,998 + 2,720.1.8,616.10-2 ⇒ Tf = - 16,764°C = 256,39K
d) Da lei de Raoult:
Pv = Pvo .X
Em que X é a fração molar de solvente na solução, tal que X = nsolvente / (nsolvente + nsoluto)
Note, contudo, que a quantidade de soluto é substancialmente menor que a de solvente, de modo que se pode aproximar que X≈1.
Assim, Pv, 363,15o = 0,5933 bar.
Sabe-se também que, a 405,8K, Pvo405,8 = 1,0000 bar. Usando-se a equação de Van’t Hoff:
ln (Pvo405,8 / Pvo363,15) = ΔHvap . (363,15-1 – 405,8-1) / R
ΔHvap = R. ln (Pvo405,8 / Pvo363,15) / (363,15-1 – 405,8-1)
ΔHvap = 8,3145. ln (1,0000/0,5933) / (363,15-1 – 405,8-1)
ΔHvap = 15,00 kJ mol-1
OBS: Além de ser eficiente e poupar tempo de resolução, aproximações válidas como esta são por vezes obrigatórias para a resolução – perceba que não há dados sobre a massa molar de X, de modo que é impossível resolver propriamente essa questão sem alguma aproximação. Há, pois, uma única possibilidade: aproximar que X≈1 (estimar um valor para a massa molar do solvente X carrega consigo um erro extremamente maior e não é uma forma válida de resolução).
e) Pela regra de Trouton:
Teb≈ ΔH/ ΔSvapmédio = 15,00.103/85 = 176,47 K
σ = (Tebest – Tebreal) / Tebreal = (176,47 – 405,8)/405,8 = - 56,5%
O cálculo indica que o líquido X apresenta um valor de temperatura de ebulição muito superior ao estimado pela regra de Trouton. Isso mostra que a variação de entropia do processo de vaporização é bem menor que aquela esperada para um líquido médio como o benzeno – o que pode indicar uma desordem muito maior que a média no estado líquido (fracas interações intermoleculares) ou uma ordem muito maior no estado gasoso (como a formação de dímeros, trímeros ou afins).
Chega-se a essa conclusão pela análise da Regra de Trouton: para uma substância com baixo valor de ΔHvap como a substância X, espera-se um baixo ponto de ebulição; como esse ponto é muito maior que o esperado, conclui-se que o processo é menos termodinamicamente favorecido entropicamente do que o esperado, por conseguinte.