Para cada componente de cada uma das soluções líquidas vistas a seguir, indique se ele obedece aproximadamente à lei de Raoult, à lei de Henry, ou a nenhuma das duas:
x_{\mathrm{CO}_{4}}=0,5, x_{\mathrm{CH}_{3} \mathrm{OH}}= 0,5 ;

Passo 1

O enunciado pede para cada componente da mistura com as frações molares dadas, indicar se o componente se comporta aproximadamente segundo a lei de Raoult, segundo a lei de Henry, ou nenhuma das duas. As informações fornecidas pelo enunciado são: \;x_{\mathrm{CO}_{4}}=0,5\; e \;x_{\mathrm{CH}_{3}\mathrm{OH}}=0,5\;. Vou interpretar que o símbolo \mathrm{CO_{4}} do enunciado corresponde ao solvente usualmente empregado nesses problemas, isto é, \mathrm{CCl_{4}} (carbono tetracloreto); se você quis outro composto, me avise, mas seguirei essa interpretação. Não há outras informações experimentais (como pressões de vapor, constantes de Henry, ou curvas de desvio), só as frações molares.

Passo 2

O que diz a lei de Raoult (aula curta): para uma solução ideal cada componente obedece
p_i = x_i\,p_i^*,
onde p_i é a pressão parcial do componente i na fase vapor, x_i é a fração molar do componente i na fase líquida, e p_i^* é a pressão de vapor pura do componente i à mesma temperatura. A condição física para a validade aproximada da lei de Raoult é que as interações intermoleculares entre moléculas diferentes ( i j) sejam muito parecidas das interações entre moléculas iguais ( i i e j j). Exemplos clássicos de soluções que obedecem bem à Raoult: misturas de hidrocarbonetos similares como benzeno + tolueno.

Passo 3

O que diz a lei de Henry (aula curta): para um soluto em baixa concentração (diluição infinita) a pressão parcial do soluto sobre a solução se aproxima de
p_{\text{soluto}} = x_{\text{soluto}}\,k_H,
onde k_H é a constante de Henry (depende do soluto e da temperatura). A lei de Henry vale quando o componente considerado está em pequena fração molar na solução (é o soluto), ou seja, perto de x\to 0. Não se usa a lei de Henry para composições equimolares \sim 0,5, salvo aproximações muito especiais.

Passo 4

Propriedades das substâncias (conceito e por que importa): \mathrm{CH_3OH} (metanol) é uma molécula polar capaz de formar ligações de hidrogénio fortes entre si; isso faz com que as interações metanol–metanol sejam relativamente fortes. \mathrm{CCl_4} (carbono tetracloreto) é uma molécula apolar, cuja interação predominante é força de dispersão de London (muito diferente das ligações de hidrogénio). Quando se misturam uma substância fortemente associada por ligações de hidrogénio com um solvente apolar, as interações cruzadas (metanol–CCl _4) costumam ser mais fracas do que a média das interações puras: a mistura perde parte das interações fortes metanol–metanol, sem ganhar interações igualmente fortes com CCl _4.

Passo 5

Consequência prática dessa diferença: se as interações cruzadas A\!-\!B são mais fracas que a média das interações A\!-\!A e B\!-\!B, a mistura tende a apresentar desvio positivo da lei de Raoult — isto é, a pressão de vapor total da solução é maior do que a prevista por Raoult. Desvio positivo significa que cada componente está, em geral, com pressão parcial maior do que x_i p_i^*. Portanto a lei de Raoult deixa de ser uma boa aproximação quando as interações são tão diferentes.

Passo 6

Aplicando isso à mistura \mathrm{CH_3OH} + \mathrm{CCl_4}: porque metanol é polar e formador de ligações de hidrogénio e \mathrm{CCl_4} é apolar, as interações metanol– \mathrm{CCl_4} são substancialmente diferentes das interações puras. Isso leva a desvios marcantes (normalmente desvios positivos) — portanto a mistura não se comporta como ideal. Logo, a lei de Raoult não é obedecida aproximadamente por nenhum dos dois componentes na composição equimolar \;x=0,5\;.
E quanto à lei de Henry? Ela só é aplicável para um componente em baixa concentração (soluto em diluição). Aqui cada componente tem \;x=0,5\;, ou seja, nenhum deles está em diluição; portanto a lei de Henry não é apropriada para descrever nem \mathrm{CH_3OH} nem \mathrm{CCl_4} nessa condição. Conclusão: devido ao grande contraste entre forças intermoleculares e à composição não diluída, nenhum dos componentes segue aproximadamente a lei de Raoult nem a lei de Henry.

Resposta

\mathrm{CCl_{4}}: nenhuma das duas\n \mathrm{CH_{3}OH}: nenhuma das duas

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