Considere as seguintes afirmações:
I. A evaporação pode ser definida como uma operação de concentração de soluções por meio da evaporação do solvente.
II. As características da solução são modificadas à medida que a sua concentração aumenta.
III. Um evaporador de múltiplos efeitos é constituído por vários evaporadores em série sendo que no último efeito a temperatura de ebulição é a mais alta;
IV. A elevação da temperatura de ebulição é influenciada pela concentração e tipo de solução, sendo baixa para soluções diluídas e alta para soluções inorgânicas.
V. Em um evaporador de efeitos múltiplos a diferença de temperatura diminui ao longo dos efeitos.
Estão CORRETAS:
a) I, IV e V;
b) I, II e V;
c) I, II e IV; d); I, II, III e IV;
e) I, II, IV e V
I. A evaporação pode ser definida como uma operação de concentração de soluções por meio da evaporação do solvente.
II. As características da solução são modificadas à medida que a sua concentração aumenta.
III. Um evaporador de múltiplos efeitos é constituído por vários evaporadores em série sendo que no último efeito a temperatura de ebulição é a mais alta;
IV. A elevação da temperatura de ebulição é influenciada pela concentração e tipo de solução, sendo baixa para soluções diluídas e alta para soluções inorgânicas.
V. Em um evaporador de efeitos múltiplos a diferença de temperatura diminui ao longo dos efeitos.
a) I, IV e V;
b) I, II e V;
c) I, II e IV; d); I, II, III e IV;
e) I, II, IV e V
Passo 1
Vou reescrever claramente o que o enunciado dá e o que pede. O enunciado apresenta cinco afirmações (I a V) sobre evaporação e evaporadores de múltiplos efeitos e pede que se identifique quais estão corretas. As afirmações são:
I. A evaporação pode ser definida como uma operação de concentração de soluções por meio da evaporação do solvente.
II. As características da solução são modificadas à medida que a sua concentração aumenta.
III. Um evaporador de múltiplos efeitos é constituído por vários evaporadores em série sendo que no último efeito a temperatura de ebulição é a mais alta;
IV. A elevação da temperatura de ebulição é influenciada pela concentração e tipo de solução, sendo baixa para soluções diluídas e alta para soluções inorgânicas.
V. Em um evaporador de efeitos múltiplos a diferença de temperatura diminui ao longo dos efeitos.
II. As características da solução são modificadas à medida que a sua concentração aumenta.
III. Um evaporador de múltiplos efeitos é constituído por vários evaporadores em série sendo que no último efeito a temperatura de ebulição é a mais alta;
IV. A elevação da temperatura de ebulição é influenciada pela concentração e tipo de solução, sendo baixa para soluções diluídas e alta para soluções inorgânicas.
V. Em um evaporador de efeitos múltiplos a diferença de temperatura diminui ao longo dos efeitos.
O objetivo é decidir quais dessas afirmações são corretas.
Passo 2
Analisando a afirmação I. O que é evaporação, em termos práticos? Evaporação, em processo industrial, é uma operação unitária cujo propósito principal é remover parte do solvente (normalmente água) passando-o para a fase vapor, de modo a aumentar (concentrar) a fração de soluto na fase líquida. Em palavras simples: tira-se solvente por vaporização para obter uma solução mais concentrada.
Explicação didática curta: lembrar que “concentração” aqui significa aumentar a fração de soluto por unidade de massa/volume de solução; a evaporação faz isso diminuindo a massa de solvente. Logo, a afirmação I está correta.
Passo 3
Analisando a afirmação II. Quando a concentração de uma solução aumenta, várias propriedades físicas e químicas mudam. Exemplos importantes e intuitivos:
- Pressão de vapor diminui quando se adiciona soluto não volátil (efeito coligativo).
- Temperatura de ebulição aumenta (elevação ebuliométrica).
- Temperatura de congelamento diminui (depressão crioscópica).
- Viscosidade, densidade e condutividade elétrica (para soluções iônicas) também mudam com a concentração.
Esses efeitos decorrem, em parte, de propriedades coligativas (que dependem do número de partículas em solução) e também de interações específicas soluto-solvente. Portanto, a afirmação II está correta.
Passo 4
Para entender melhor a afirmação IV (que trata da elevação da temperatura de ebulição), vamos apresentar a fórmula básica e interpretá-la — isso ajuda muito na prova.
A elevação da temperatura de ebulição pode ser aproximada, em soluções diluídas ideais, por
onde:
-
é a elevação da temperatura de ebulição (ou seja, quanto a temperatura de ebulição da solução é maior que a do solvente puro); -
é o fator de van 't Hoff (número efetivo de partículas formadas por unidade de soluto, por exemplo para NaCl, pois se dissocia em Na e Cl ); -
é a constante ebullioscópica do solvente (propriedade do solvente, por ex. da água); -
é a molalidade da solução (moles de soluto por kg de solvente).
Interpretação prática:
cresce com a concentração
e com
. Para soluções muito diluídas,
é pequeno e
será pequena (elevação baixa). Para soluções que contêm solutos inorgânicos iônicos que se dissociam em vários íons,
pode ser >1, o que aumenta
. Por isso costuma-se dizer que soluções inorgânicas iônicas produzem elevações de ebulição maiores que soluções moleculares não-iônicas (como açúcar), tudo o mais igual.
Observação prática para prova: em concentrações mais elevadas a relação linear acima falha (não-idealidade), mas o enunciado fala qualitativamente. Portanto a afirmação IV — que a elevação depende da concentração e do tipo de solução, é baixa para soluções diluídas e pode ser alta para soluções inorgânicas — está corretamente expressa do ponto de vista qualitativo.
Passo 5
Agora a afirmação III e o conceito de evaporador de múltiplos efeitos.
Descrição do equipamento (passo-a-passo didático): um evaporador de múltiplos efeitos é formado por vários “efeitos” (vasilhas/vasos) conectados em série. O princípio é economizar vapor: o vapor gerado no efeito
é usado como fonte de aquecimento no efeito
. Para que isso funcione, cada efeito subsequente opera a uma pressão mais baixa e, portanto, a uma temperatura de ebulição menor. Assim:
- Primeiro efeito: pressão e temperatura de ebulição mais altas (é onde entra o vapor de utilidade externo).
- Efeitos seguintes: pressões e temperaturas de ebulição decrescentes.
- Último efeito: tem a menor pressão e, consequentemente, a menor temperatura de ebulição entre os efeitos.
A afirmação III diz que “no último efeito a temperatura de ebulição é a mais alta” — isto está ao contrário do funcionamento real. Logo, a afirmação III é falsa.
Passo 6
Analisando a afirmação V (diferença de temperatura diminui ao longo dos efeitos). Precisamos entender o que é a “diferença de temperatura” aqui: o que importa para a transferência de calor em cada efeito é a diferença entre a temperatura do vapor que está sendo condensado como fonte de calor e a temperatura de ebulição da calda no efeito que se quer aquecer. Em notação simples, se chamarmos de
a temperatura do vapor de utilidade que alimenta o primeiro efeito, e de
as temperaturas de ebulição nos efeitos 1, 2, 3, …, então:
- No efeito 1 a diferença de temperatura entre a fonte e a calda é
(grande). - O vapor que se gera no efeito 1 tem temperatura aproximadamente
e serve como fonte do efeito 2, gerando , que tipicamente é menor que . - E assim por diante, de modo que
, etc., em um arranjo típico.
Portanto, em um esquema usual de múltiplos efeitos, a diferença de temperatura disponível para transferência de calor por efeito tende a diminuir ao longo dos efeitos. Isso torna a afirmação V correta (e é por isso que, para manter um fluxo de calor útil em efeitos posteriores, frequentemente se usa mais área de transferência de calor ou se projeta quedas de pressão controladas).
Passo 7
Resumo das verificações feitas:
- I: verdadeira (evaporação concentra soluções removendo solvente).
- II: verdadeira (propriedades da solução mudam com a concentração).
- III: falsa (no último efeito a temperatura de ebulição é a mais baixa, não a mais alta).
- IV: verdadeira (elevação do ponto de ebulição depende de concentração e tipo de soluto; é pequena em soluções diluídas e tendencialmente maior para solutos inorgânicos iônicos).
- V: verdadeira (a diferença de temperatura/força motriz para transferência de calor tende a diminuir ao longo dos efeitos).
Portanto as afirmativas corretas são I, II, IV e V.
Resposta
e) I, II, IV e V