Enunciado

Considere a interface entre o ar atmosférico e um corpo de água, ambos a 17 ° C .

(a) Quais são as frações molar e mássica da água no lado do ar da interface? E no lado da água da interface?

(b) Quais são as frações molar e mássica do oxigênio no lado do ar da interface? E no lado da água da interface? O ar atmosférico pode ser considerado contendo 20,5 % de oxigênio em volume.

Passo 1

Nessa questão nós temos a temperatura do ar e da água atmosférica e a porcentagem em volume de oxigênio no ar.

E com essas informações queremos encontrar as frações molares e mássicas de água nos lados do ar e da água da interface e as frações de massicas de oxigênio no ar e na água.

Passo 2

Para resolver essa questão vamos assumir:

  1. Comportamento perfeito dos gases para o vapor de ar e água;
  2. Equilíbrio termodinâmico na interface líquido / vapor;
  3. Concentração diluída de oxigênio e outros gases na água;
  4. O peso molecular do ar é independente da concentração de vapor.

Assumindo o comportamento ideal do gás,

p w ,   v a p   = N w ,   v a p V     R T

E,

p   =   N V R T

Caso em que, a partir de dados da Tabela A-6, temos:

x w ,   v a p   = p w ,   v a p p a r     = 0,01917 1,0133     = 0,0189

Com:

ρ w , v a p ρ a r   =   C w , v a p M w C a r M a r   =   x w , v a p M w M a r

Então,

m w , v a p = 0,0189 18 29 = 0,0120

Assumindo concentrações desprezíveis de fase gasosa no líquido,

x w ,   l i q =   m w ,   l i q

Passo 3

Como o volume parcial de uma espécie gasosa é proporcional ao número de moles da espécie, sua fração molar é equivalente à sua fração volumétrica. Portanto, no lado do ar da interface:

x O 2 , a r = 0,205

m O 2 , a r =   x O 2 , a r M O 2 M a r = 0,205 32 29 = 0,226

Tirando os dados da tabela A-9, temos que a fração molar de O 2 na água é:

x O 2 , l i q = p O 2 , a r H = 0,208 37,600 = 5,53 × 10 - 6

Onde

p O 2 , a r =   x O 2 , a r P a t m = 0,205 × 1,0133   b a r = 0,208   b a r

A fração mássica de O 2 na água é:

m O 2 , l i q = x O 2 , l i q M O 2 M w = 5,53 × 10 - 6   32 18 = 9,83 × 10 - 6  

Resposta

  1. x w ,   v a p     =   0,0189 , m w , v a p = 0,0120 e x w , l i q = m w , l i q
  2. x O 2 , l i q = 5,53 × 10 - 6 e   m O 2 , l i q = 9,83 × 10 - 6
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