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:
;
Passo 1
O enunciado pede: para cada componente da solução com
e
, indicar se esse componente obedece aproximadamente à lei de Raoult, à lei de Henry, ou a nenhuma das duas.
Informações dadas e importantes:
Informações dadas e importantes:
- Frações molares:
e . - Logo,
é o componente majoritário (solvente) e é o componente minoritário (soluto) nessa solução.
A tarefa é classificar, separadamente, cada componente quanto à lei que ele obedece aproximadamente.
Passo 2
O que é a lei de Raoult (fórmula e significado):
A lei de Raoult diz que, para um componente em uma solução ideal, a pressão parcial desse componente acima da solução é proporcional à sua fração molar na fase líquida e ao seu vapor de pressão do líquido puro. Em fórmulas:
A lei de Raoult diz que, para um componente
onde:
-
é a pressão parcial de no vapor sobre a solução; -
é a fração molar de na fase líquida; -
é a pressão de vapor do líquido puro à mesma temperatura.
Quando isso é valido: aproxima-se bem para soluções ideais, isto é, quando as interações, e são parecidas. Em soluções reais, a lei de Raoult costuma descrever bem o comportamento do solvente (componente majoritário) quando o soluto está em baixa concentração, porque o solvente “vê” maioria de moléculas iguais a si.
Passo 3
O que é a lei de Henry (fórmula e significado):
A lei de Henry descreve o comportamento do soluto numa solução diluída quando a sua pressão parcial no vapor é proporcional à sua fração molar na fase líquida, porém com uma constante que não é a pressão de vapor do soluto puro. Em fórmulas:
A lei de Henry descreve o comportamento do soluto numa solução diluída quando a sua pressão parcial no vapor é proporcional à sua fração molar na fase líquida, porém com uma constante que não é a pressão de vapor do soluto puro. Em fórmulas:
onde:
-
é a pressão parcial do soluto no vapor; -
é a fração molar do soluto na fase líquida (pequena); -
é a constante de Henry (depende do soluto, solvente e temperatura).
Quando isso é válido: é uma boa aproximação para o soluto em diluição (limite), mesmo quando as interações diferem das intermoleculares do soluto puro. Note que, ao contrário de Raoult, a constante é geralmente diferente da pressão de vapor do soluto puro.
Passo 4
Aplicando as ideias gerais à nossa mistura: natureza das substâncias e consequências.
-
é uma molécula apolar (solvente não polar). -
(metanol) é polar e forma ligações de hidrogénio entre si (associação).
Essas duas espécies têm interações muito diferentes entre si (fortes por H‑ligação; forças de dispersão; fracas). Portanto a mistura é fortemente não ideal em termos de energia de mistura — isto tende a causar desvios da lei de Raoult. Mesmo assim, as leis ainda podem ser usadas como aproximações em certos limites: solvente em alta fração molar (próximo de puro) tende a seguir Raoult aproximadamente; soluto em muito baixa fração molar tende a seguir Henry aproximadamente.
Passo 5
Raciocínio quantitativo e qualitativo para os valores dados
e
:
- Para
(componente majoritário, ): a fração molar está muito próxima de 1, ou seja, a maior parte das moléculas ao redor de uma molécula de são outras . Por isso, mesmo que introduza forte não idealidade, a pressão parcial de acima da solução será perto de . Conclusão: o comportamento de é aproximadamente descrito pela lei de Raoult neste ponto. - Para
(componente minoritário, ): estamos numa diluição razoavelmente baixa. No limite de diluição, a lei de Henry é a que descreve o comportamento do soluto: . Mesmo que se associe, a proporcionalidade entre e tende a aparecer no limite ; portanto, para é apropriado usar a lei de Henry como aproximação.
Observação de cautela (mas sem mudar a conclusão): devido à grande diferença de polaridade e à associação do metanol, as constantes (desvio em relação ao ideal) podem ser grandes — ou seja, “aproximadamente” significa que as leis dão a forma correta (Raoult para solvente, Henry para soluto) mas podem não fornecer valores numéricos muito precisos sem correções.
Passo 6
Resumo explícito da classificação pedida (uma linha por componente, como você pediu):
- componente majoritário (
com ): obedece aproximadamente à lei de Raoult. - componente minoritário (
com ): obedece aproximadamente à lei de Henry.