No seu ponto normal de ebulição
a densidade da água líquida é
e a do vapor da água é
. Calcular o trabalho máximo realizado quando 1 mol de água é vaporizado no ponto de ebulição. Comparar com o calor de vaporização da água.
Passo 1
O enunciado pede para calcular o trabalho máximo realizado quando 1 mol de água se vaporiza a 100 °C (p = 1 atm), conhecendo as densidades do líquido e do vapor. O conteúdo envolve trabalho de expansão reversível em processo isobárico e a relação
. Vamos precisar converter densidades em volumes molares e usar a pressão de ebulição normal (1 atm).
Passo 2
Primeiro, calculamos o volume molar do líquido. A densidade é
. Como a massa de 1 mol de água é
,
Passo 3
Depois, o volume molar do vapor. A densidade é
. Então
Passo 4
O volume expandido é
. Como o processo é isobárico a 1 atm (
), o trabalho reversível é
Passo 5
Em módulo, o sistema realiza
de trabalho mecânico. O calor de vaporização de 1 mol de água a 100 °C é cerca de
. Portanto, a fração do calor que se converte em trabalho é
Resposta
O trabalho máximo é 3,06 kJ e isto corresponde a cerca de 7,5 % do calor de vaporização (40,66 kJ).