Pressão de vapor

Resumo Completo

Introdução ao equilíbrio físico

E aí, tudo bem?

Você já sabe que as substâncias químicas podem estar em três fases, né? Vapor, líquido e sólido! Quando a substância passa de uma fase para outra ocorre o que chamamos transição de fase.

Mas você sabia que naquela garrafa de água que você esqueceu o dia inteiro em cima da mesa tá rolando um equilíbrio entre o líquido e o vapor d’água dentro da garrafa?

Pois é, quando você tem um sistema fechado em que a mesma substância está em duas fases diferentes, a tendência é que as duas fases entrem em equilíbrio.

Esse equilíbrio dinâmico de fases ocorre quando a velocidade de transformação de uma fase para outra é igual à velocidade no sentido contrário. Ou seja, quando o vapor de água no ar dentro da garrafa condensa com a mesma velocidade que o líquido da garrafa evapora.

A gente pode representar esse equilíbrio como:

H 2 O l H 2 O g

O n d e   a   v e l o c i d a d e   d e   e v a p o r a ç ã o   =   v e l o c i d a d e   d e   c o n d e n s a ç ã o .

Pressão de vapor

Se pensarmos num equilíbrio líquido (ou sólido) e gás...

A pressão de vapor nada mais é do que a pressão que o gás excerce quando ele está em equilíbrio dinâmico com a fase líquida (ou sólida).

A pressão de vapor é uma propriedade beeeem importante das substâncias, porque quanto maior a pressão de vapor de uma substância, mais facilmente ela vai evaporar.

Mas porque isso acontece?

Podemos pensar que em um sistema fechado, antes do equilíbrio, a gente tem um valor X de moléculas no sistema. Algumas passam de gás para líquido e outras fazem o contrário.

Depois de um tempo, quando o sistema entra em equilíbrio, a velocidade de conversão vapor-líquido e líquido-vapor é igual, e então consideraramos que a quantidade de moléculas na fase líquida e na fase gás são constantes.

A quantidade de moléculas que ficou na fase gás no equilíbrio vai definir a pressão de vapor (que é justamente a pressão que essas moléculas excercem no sistema). Ou seja, se a pressão de vapor é alta, a quantidade de moléculas na fase gás também é alta!

Assim, se temos um líquido que evapora facilmente, quando ele estiver em equilíbrio em um sistema fechado, a maioria das moléculas será vapor e a sua pressão de vapor será alta.

Influência da temperatura

A pressão de vapor de uma substância aumenta com a temperatura. Isso acontece porque com a temperatura as moléculas tendem a ficar mais agitadas e a passar mais facilmente para a fase vapor – o que aumenta a quantidade de vapor e, consequentemente, a pressão de vapor!

Influência das forças intermoleculares

Se formos comparar a pressão de vapor de duas substâncias diferentes na mesma temperatura, a interação entre as moléculas faz muita diferença!

Isso porque quando as forças intermoleculares são muito fortes é mais difícil de rompê-las, e, portanto, mais difícil de passar da fase líquida para a fase gasosa.

Assim, haverá menos moléculas na fase vapor e a pressão de vapor será menor. Enquanto na substância com as interações intermoleculares mais fracas haverá uma maior facilidade de passar para a fase gás, logo mais quantidade de moléculas da fase gás: maior pressão de vapor.

Portanto, quanto mais forte a interção intermolecular da substância, menor sua pressão de vapor e vice-versa.

Por exemplo...

Nesse gráfico podemos analisar a pressão de vapor de 3 substâncias diferentes e sua variação com a temperatura.

Para analisar a influência da temperatura, vamos pegar a água como exemplo: quanto maior a temperatura, maior a sua pressão de vapor. Isso porque à 100oC mais moléculas tendem a passar pra fase gás e, quando o equilíbrio é atingido, mais moléculas estarão na forma de vapor excercendo pressão no líquido do que a 35oC.

Já para a influência das forças intermoleculares, vamos comparar 2 substâncias!

O éter dietílico realiza ligações dipolo-dipolo, graças à molécula de oxigênio em sua composição. Já o álcool etílico faz ligações de hidrogênio entre moléculas, já que tem como uma ligação O-H na ponta de sua cadeia carbônica.

Como a ligação dipolo-dipolo é mais fraca que a ligação de hidrogênio, se analisarmos em uma mesma temperatura, o éter tem a pressão de vapor muito mais alta do que o álcool.

Ou seja, a substância que realiza as ligações intermoleculares mais forte tem uma menor pressão de vapor.

Vamos praticar um pouco? 😊

Expandir

Exercício Resolvido #1

Enunciado

Elaboração própria.

Na temperatura ambiente, qual das substâncias abaixo tem a maior pressão de vapor?

  1. CH3CHO ou CH3CH2CH3
  2. CO2 ou H2O
  3. CH3CH2OCH2CH3 ou CH3CH2OH
MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

Para comparar a pressão de vapor de duas substâncias diferentes na mesma temperatura, devemos olhar para suas forças intermoleculares!

Quanto mais forte for a interação entre as moléculas, mais difícil será quebrar as ligações entre elas na fase líquida para passar para a fase gasosa. Assim, menos moléculas passam para a fase gasosa e, quando o equilíbrio é estabelecido, menos moléculas estarão na fase vapor.

Concluímos então que: quanto mais forte a interação entre as moléculas, menor a pressão de vapor da substância!

Passo 2

Agora vamos analisar letra por letra:

a) O CH3CHO é um aldeído, ou seja, uma substância orgânica que tem uma carbonila na ponta. Sem desespero! O importante é saber que, por ter o O ligado à um carbono com uma dupla ligação, essa molécula é polar e faz dipolo-dipolo.

Já o CH3CH2CH3 é um hidrocarboneto que só tem carbonos! Ou seja, ele é apolar e faz dipolo-induzido.

Como o dipolo-dipolo é mais forte que o dipolo-induzido, a pressão de vapor do CH3CHO será menor que a do CH3CH2CH3.

Logo, o CH3CH2CH3 terá a maior pressão de vapor.

Passo 3

b) O CO2 é uma molécula apolar que realiza dipolo-induzido! Já a água realiza ponte de hidrogênio, a interação intermolecular mais forte.

Assim, sabemos que a H2O terá uma pressão de vapor menor, e o CO2 terá a maior pressão de vapor.

Passo 4

c) O éter dietílico (CH3CH2OCH2CH3) tem como interação intermolecular o dipolo-dipolo, enquanto o etanol (CH3CH2OH) faz ponte de hidrogênio entre suas moléculas. Como a ponte de hidrogênio é mais forte que o dipolo-dipolo, o éter dietílico terá uma pressão de vapor maior na temperatura ambiente!

Resposta

  1. O CH3CH2CH3 terá a maior pressão de vapor.
  2. O CO2 terá a maior pressão de vapor.
  3. O CH3CH2OCH2CH3 terá a maior pressão de vapor.

Exercício Resolvido #2

Enunciado

Elaboração própria

À partir do gráfico abaixo, responda:

  1. Como podemos explicar o comportamento de ambas as curvas com a variação de temperatura?
  2. O que podemos concluir sobre as substâncias A e B em função de suas interações intermoleculares?
MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

a) O comportamento de ambas as curvas mostra que a pressão de vapor aumenta conforme a temperatura aumenta. Isso acontece porque quando aquecemos uma substância as moléculas ficam mais agitadas. Essa agitação facilita a passagem líquido – vapor, já que essa passagem exige que as moléculas se afastem umas das outras (vamos lembrar que na fase sólida as moléculas estão bem próximas, na líquida elas se afastam um pouquinho e na vapor elas se afastam bastante!).

Assim, como a passagem da fase líquida para a vapor é mais fácil, mais moléculas vão estar na fase vapor quando o equilíbrio termodinâmico for atingido. Isso implica em uma maior pressão de vapor!

Passo 2

b) Para comparar a pressão de vapor de duas substâncias diferentes, precisamos escolher a mesma temperatura para as duas. Analisando o gráfico, vemos que em qualquer temperatura a pressão de vapor de A é maior que a de B.

Mas e a interação intermolecular com isso? Quanto mais forte a interação intermolecular da substância, mais difícil é separar as moléculas para que elas passem para a fase vapor! Então, no equilíbrio, a gente vai ter menos moléculas gasosas – e menos pressão de vapor.

Assim, podemos concluir que as forças moleculares de A são mais fracas que a de B, já que a pressão de vapor de A é maior que a de B se comparadas na mesma temperatura.

Resposta

Exercício Resolvido #3

Enunciado

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp373-Exercício 9.1

Suponha que você coletou 1L de ar passando-o lentamente por água, em 20oC, para um recipiente. Estime a massa de vapor de água no ar coletado, imaginando que o ar está saturado em água.

Dados: Pressão de vapor da água à 20oC = 17,34 Torr

Constante universal dos gases: R = 0,082 atm.L.mol-1.K-1

1 Torr = 0,0013 atm

MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

Vamos começar por definir que a notação “saturado” quer dizer que o ar já tem todo o vapor de água que ele poderia ter. Isso significa que o vapor de água e a água líquida já estão em equilíbrio! Ou seja, a pressão do vapor de água vai ser a pressão parcial da água nessa temperatura 😊

Depois que você entende a notação, o problema fica tranquilo se você lembra de uma fórmula mágica para os gases ideais (também conhecida como equação de estado do gás ideal ahahah):

p V = n R T

Onde p é a pressão, V o volume, n o número de mols de gás, R a constante universal dos gases e T a temperatura!

Passo 2

Agora é só substituir os valores! (e tomar cuidado com as unidades, hein)

A temperatura é 20oC = 293K, a pressão é 17,34 Torr = 0,023 atm, e o volume é 1L (e tudo isso é dado no enunciado).

p V = n R T

0.023   a t m . 1 l = n . 0,082 a t m . l . m o l - 1 . K - 1 . 293 K

n = 9,573 x 10 - 4 m o l

Passo 3

Já sabemos quantos mols de vapor de água coletamos, mas precisamos saber a massa. A massa molar da água é 18g, logo:

9,573 x 10 - 4 m o l . 18 g 1   m o l = 0,017 g

Resposta

A massa de vapor de água coletada é 0,017g.

Exercício Resolvido #4

Enunciado

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp373-Exercício 9.2

Esqueceram uma garrafa de mercúrio destampada em 25oC em um almoxarifado de produtos químicos que mede 3m x 3m x 2,5m. Que massa de vapor de mercúrio estaria presente se o ar estivesse saturado com mercúrio? A pressão de vapor do mercúrio em 25oC é 0,227Pa.

Dados: 1 Pa = 9,86 x 10-6 atm

R = 0,082 atm.L.mol-1.K-1

MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

Considerando que o ar está saturado com mercúrio a gente considera que já tem o máximo de vapor de mercúrio possível no ar. Ou seja: o líquido da garrafinha e o gás estão em equilíbrio!

Se eles estão em equilíbrio, a pressão do mercúrio em fase gasosa vai ser a pressão de vapor do mercúrio em 25oC!

Usando a equação de estado dos gases ideais, temos:

p V = n R T

Onde p é a pressão do gás (que nesse caso vai ser a pressão de vapor do mercúrio), V o volume que o gás ocupa (o volume do almoxarifado, no nosso exercício), n o número de mols, R a constante de gases e T a temperatura.

Passo 2

Agora é só substituir os valores!

V = 3m x 3m x 2.5m = 22,5 m3 = 22.500 dm3 = 22.500 litros

p V = n R T

2,24 x 10 - 6 a t m . 22.500 l = n . 0,082 a t m . l . m o l - 1 K - 1 . 298 K

n = 0,002 m o l

Passo 3

Agora precisamos achar a massa de mercúrio, já que já temos o número de mols. A massa molar do mercúrio é 200,59g.

0,002 m o l . 200,59 g 1   m o l = 0,4 g

Resposta

A massa de mercúrio seria de 0,4g.

Exercício Resolvido #5

Enunciado

Lista de exercícios UNISA.

A pressão de vapor de um líquido puro molecular depende:

  1. Apenas de suas moléculas
  2. Apenas da massa específica do líquido
  3. Apenas da temperatura do líquido
  4. Da estrutura de suas moléculas e da temperatura do líquido
  5. Da estrutura de suas moléculas e do volume do líquido
MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

Essa questão só pede pra gente saber se a massa específica ou o volume do líquido alteram a pressão de vapor, e a resposta é não!

A pressão de vapor de um líquido só depende de suas interações intermoleculares (e, consequentemente, da estrutura de suas moléculas) e da temperatura!!!

Ela depende principalmente de fatores que podem facilitar/dificultar a vaporização do líquido, por isso a massa específica e o volume não são levados em conta.

Assim, a resposta certa é a letra d!

Resposta

Letra D.

Exercício Resolvido #6

Enunciado

Elaboração própria.

Quando o equilíbrio dinâmico é atingido entre um líquido e seu vapor, à temperatura constante, quais das afirmativas abaixo estão corretas?

  1. não há transferência de moléculas entre o líquido e o vapor.
  2. a pressão de vapor tem um valor único.
  3. as velocidades de transição de fase líquido-vapor e vapor-líquido são iguais.
  4. a concentração do vapor depende do tempo.
MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

I. No equilíbrio há sim transferência de moléculas entre o líquido e vapor, então essa alternativa é falsa! Na real essa transferência não acaba nunca... a única diferença do equilíbrio pro resto dos momentos todos é que no equilíbrio a velocidade de moléculas que viram líquido e a velocidade de moléculas que viram vapor se igualam! Ou seja, a mesma quantidade de moléculas faz a transição de fase líquido-vapor e vapor-líquido!

Passo 2

II. A pressão de vapor de um líquido depende da temperatura e da força intermolecular desse líquido. Assim, à temperatura constante, a pressão de vapor só tem um valor!

Essa alternativa está correta.

Passo 3

III. Simmmm! É a definição de equilíbrio, no caso ahah O equilíbrio dinâmico de fases é atingido justamente quando a velocidade de conversão líquido-vapor e vapor-líquido são iguais.

Passo 4

IV. Quando o equilíbrio é atingido a concentração de vapor não muda mais, ela permanece constante. Isso acontece porque, por mais que haja uma certa quantidade de moléculas de vapor condensando, a mesma quantidade de moléculas está vaporizando. Essa alternativa é incorreta 😊

Resposta

As opções corretas são a II e III.

Exercício Resolvido #7

Enunciado

Questão de prova FCC-SP.

Tem-se um recipiente dotado de um êmbolo que contém água (fig. 1); abaixamos o êmbolo (fig. 2), sem que a temperatura se altere:

Chamamos a primeira pressão de vapor de P1, e a segunda, de P2. Pode-se afirmar que:

a) P1 > P2

b) P1 = P2

c) P1

d) P1 = 4P2

MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

É só a gente lembrar quais são os fatores que alteram a pressão de vapor de uma substância: a interação entre suas moléculas e a temperatura.

Como nada disso foi alterado, P1 = P2!

A resposta certa é a letra B.

Resposta

Letra B.

Exercício Resolvido #8

Enunciado

Elaboração própria.

O esquema abaixo representa um experimento para medir a pressão de vapor de uma mistura de água e tetracloreto de carbono em equilíbrio à 30oC.

  1. Como podemos explicar a diferença da pressão de vapor das duas substâncias à 30oC?
  2. No experimento, percebemos que a contribuição do tetracloreto de carbono para a pressão total (P) é superior à da água. Por que isso acontece?
MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

a) A diferença da pressão de vapor das duas substâncias pode ser explicada pelas suas respectivas forças intermoleculares. O tetracloreto de carbono é um composto apolar, que faz dipolo-induzido. Já a água é um composto extremamente polar, que faz ligações de hidrogênio.

Como o dipolo-induzido é bem mais fraco que as ligações de hidrogênio, as moléculas do tetracloreto de carbono ficam menos “presas” em fase líquida, o que facilita sua vaporização. Assim, elas conseguem evaporar mais facilmente e mais moléculas ficam na fase vapor quando o equilíbrio é atingido. Por isso a pressão de vapor do CCl4 é maior que a da água.

Passo 2

b) Como já vimos na letra a, a pressão de vapor do CCl4 é maior que a da água. Isso significa que o CCl4 tem mais moléculas em fase gasosa no equilíbrio que a água. Por isso a contribuição dele para a pressão total é maior que a da água.

Resposta

Exercício Resolvido #9

Enunciado

Elaboração própria

Os sistemas abaixo estão em equilíbrio e P A ,   P B , P C   e   P D representam a pressão de vapor de cada uma das substâncias no sistema.

Coloque em ordem descrescente as pressões de vapor.

MOSTRAR SOLUÇÃO PASSO A PASSO

Passo 1

Ó, a gente já sabe que o que importa pra pressão de vapor é a temperatura e as forças intermoleculares – e que o volume não faz diferença.

Daí já temos como saber que P C = P D , já que os dois são a mesma substância na mesma temperatura.

Passo 2

Agora, para diferenciar as outras pressões, precisamos pensar nas forças intermoleculares.

Sabemos que o éter tem fórmula R-O-R, onde R é uma cadeia carbônica qualquer. Os éteres são polares e fazem dipolo-dipolo.

Já o álcool (de fórmula R-OH) faz ligação de hidrogênio nas suas pontas e dipolo-induzido entre cadeias carbônicas.

A água, por sua vez, faz ligação de hidrogênio em todos os sentidos e em toda sua molécula. Assim, a água é a que faz a interação intermolecular mais forte de todas, seguida do álcool e do éter.

Passo 3

Agora só falta relacionar a força intermolecular à pressão de vapor!

Como a força intermolecular é um tipo de medida de como as moléculas se “prendem” umas às outras, ela altera a facilidade das moléculas de evaporar. Assim, se as moléculas interagem com bastante força, elas terão mais dificuldade em “se soltar” para fazer a transição de fase e passar para a fase gasosa. Isso vai resultar em menos moléculas na fase gasosa durante o equilíbrio e, consequentemente, em uma menor pressão de vapor.

Então, quanto mais forte a interação intermolecular, menor a pressão de vapor da substância.

A ordem, então, será: éter > álcool > água!

Resposta

P A > P C = P D > P B

Esse conteúdo é exclusivo para cadastrados.

Cadastre-se grátis no maior portal de exatas do Brasil!

Relaxa, não vamos publicar nada no seu nome.

  • Resumões direto ao ponto
    Resumões
    direto ao ponto
  • Exercícios resolvidos passo a passo
    Exercícios resolvidos
    passo a passo
  • Videoaulas incríveis
    Videoaulas
    incríveis
  • Aulões Salva-Vidas
    Aulões
    Salva-Vidas