Uma substância tem pressão de vapor de 50 mmHg no ponto de fusão
. Descreva o que você faria, experimentalmente, para sublimar esta substância.
Passo 1
O enunciado dá a seguinte informação e pede uma ação experimental. Informações que temos:
(pressão de vapor) no ponto de fusão
A pergunta: descrever, experimentalmente, como sublimar essa substância (ou seja, como convertê‑la do sólido diretamente para o vapor e recolher o vapor condensado, evitando que forme líquido).
A pergunta: descrever, experimentalmente, como sublimar essa substância (ou seja, como convertê‑la do sólido diretamente para o vapor e recolher o vapor condensado, evitando que forme líquido).
Passo 2
Entendendo o que significa a informação dada (aula curta e simpática).
Vapor de uma substância e pressão de vapor: a pressão de vapor em uma temperatura é a pressão do vapor quando o sólido (ou o líquido) está em equilíbrio com seu vapor. Se o sistema estiver a uma pressão externa maior do que a pressão de vapor do sólido a essa temperatura, o vapor não se formará livremente; se a pressão externa for menor, as moléculas tendem a passar para a fase gasosa.
Ponto de fusão e coexistência: em a substância, se houver líquido e sólido, tem vapor cuja pressão de equilíbrio é
Isso significa que, se você mantiver a pressão externa abaixo de
, a fase líquida não será estável em
— então, ao aquecer o sólido sob essa pressão baixa, ele tende a passar diretamente para o vapor (sublimação) em vez de derreter para líquido.
Vapor de uma substância e pressão de vapor: a pressão de vapor em uma temperatura
Ponto de fusão e coexistência: em
Passo 3
Regra prática (resumida): para sublimar sem formar líquido, trabalhar a pressão do sistema abaixo de
. Recomenda‑se escolher uma pressão de trabalho bem menor que
(por exemplo
a
) para ter folga e evitar que algum ponto local alcance condições de fusão. Expliquei o porquê: assim o equilíbrio sólido–líquido não existe nessa pressão/temperatura, e o sólido pode fornecer vapor diretamente.
Passo 4
Descrição do equipamento necessário (o que é cada peça e para que serve):
- Um frasco para sublimação ou um tubo/retorta onde se coloca a amostra sólida (local de aquecimento).
- Um “cold finger” ou condensador frio acima da amostra, onde o vapor vai se depositar como sublimação reversa (sólido condensado). O cold finger deve ser resfriado (banho de gelo, gelo+sal, gelo seco/acetona, ou nitrogênio líquido dependendo do ponto de condensação).
- Bomba de vácuo (por exemplo, bomba rotativa) capaz de atingir pressões da ordem de alguns
. - Manômetro/vacúometro para monitorar a pressão em
. - Fonte de calor controlável (banho de óleo, manta térmica, ou placa de aquecimento) e um termômetro para monitorar a temperatura da amostra.
- Armadilha (cold trap) entre o sistema e a bomba para evitar que vapor entre na bomba e a danifique.
- Válvulas de isolação e linhas bem seladas (vedantes de borracha ou juntas de vidro).
Passo 5
Passo a passo experimental detalhado (faça como se eu estivesse no laboratório com você, devagarzinho):
- Montar o aparelho de sublimação: colocar a amostra sólida no frasco inferior e ajustar o cold finger acima dela; conectar o frasco à bomba via uma linha com armadilha e manômetro. Certificar‑se de que todas as junções estão bem vedadas.
- Preparar o sistema de condensação: decidir qual banho usar no cold finger. Para vapores que condensam facilmente, gelo/água (
) pode bastar; se o vapor for menos condensável, usar gelo seco/acetona ( ). Resfriar o cold finger antes de iniciar a evacuação/ aquecimento. - Evacuar o sistema: ligar a bomba e reduzir a pressão até um valor abaixo de
. Objetivo prático: atingir algo entre e . Monitorar com o vacuômetro. Mantendo essa pressão, não haverá formação de líquido ao aquecer. - Aquecer com cuidado: aquecer a amostra lentamente e controlar a temperatura com termômetro. Não é preciso necessariamente atingir
; aqueça até ver formação de vapor e deposição no cold finger — muitas substâncias sublimam bem abaixo do ponto de fusão quando em vácuo. Evitar aquecer demais para não decompor a amostra. - Acompanhar a sublimação: observar o crescimento do depósito sólido no cold finger. Manter pressão e temperatura estáveis até que se tenha transferido a quantidade desejada. Se a pressão subir (vazamento ou degaseificação), interromper e recompor o vácuo.
- Encerrar com segurança: desligar o aquecimento, deixar o sistema esfriar, ainda sob vácuo; quando estiver frio, ventilar cuidadosamente o sistema com gás inerte (por exemplo, nitrogênio) até a pressão atmosférica e só então abrir para coletar o sublima no cold finger. Não abrir com ar úmido se o material for higroscópico.
Passo 6
Por que cada cuidado é importante (explicação didática):
- Por que reduzir pressão abaixo de
? Porque a é a pressão de vapor à temperatura de fusão; trabalhar abaixo disso impede a formação da fase líquida ao aquecer, forçando passagem sólido→gás. - Por que resfriar o cold finger? A sublimação só gera vapor; para recuperar a substância em forma sólida precisamos de uma superfície fria onde o vapor perca energia e se reconverta em sólido (deposição).
- Por que aquecer lentamente e monitorar temperatura? Aquecimento rápido pode causar superaquecimento local, decomposição ou “bumping” (liberação violenta de vapor).
- Por que usar armadilha antes da bomba? Para proteger a bomba do vapor condensável que poderia contaminar ou danificar suas partes.
Passo 7
Valores práticos e dicas finais (telinha de “truques de laboratório”):
- Meta prática de vácuo: escolher algo como
– . Bombas rotativas comuns conseguem isso; para pressões menores pode usar bomba difusora ou sistemas de vácuo mais sofisticados. - Temperatura: começar aquecendo bem abaixo de
e subir até ver depósito. Muitos sólidos sublimam a temperaturas bem menores quando o sistema está a baixa pressão. - Se o sublima depositar ineficientemente no cold finger (ou formarem gotículas), usar um cold finger mais frio.
- Sempre verificar estabilidade térmica da substância (se decompõe ao aquecer). Se houver decomposição, sublimação pode não ser adequada.
- Segurança: usar proteção ocular, capela se o vapor for tóxico, e ter cuidado com bombas quentes/óleo.
Resposta
Montar um aparelho de sublimação com cold finger resfriado, evacuar o sistema até pressão menor que
(por exemplo
–
), aquecer lentamente a amostra mantendo essa baixa pressão para que o sólido passe diretamente a vapor e deposite no cold finger; encerrar esfriando, ventilar com gás inerte e recolher o sublimate.