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O aparelho do Exercício 9.110 foi novamente evacuado. Em seguida, 35,0 g de clorofórmio, C H C l 3 , são colocados no balão A e 35,0 g de acetona, C H 3 C O C H 3 , no balão B. O sistema entra em equilíbrio a 25°C, com a torneira fechada. As pressões de vapor do clorofórmio e da acetona, em 25°C são 195 Torr e 222 Torr, respectivamente.

  1. Qual é a pressão em cada balão no equilíbrio?
  2. A torneira é aberta. Qual será a composição final das fases gás e líquido em cada balão quando o equilíbrio for atingido? Considere o comportamento ideal.
  3. Soluções de acetona e clorofórmio têm desvios negativos da lei de Raoult. Como esse comportamento afetará as respostas dadas na parte (b)?

Passo 1

Bora pra mais uma !!

A pressão em cada balão no equilíbrio será igual à pressão do vapor na mesma temperatura, se houver quantidade suficiente de clorofórmio e acetona nos balões.

Então precisamos saber quanto de massa nós vamos precisar para originar no balão uma determinada pressão, para isso nós vamos usar a equação dos gases ideais:

P V = n R T

Como:

n = m M M

Substituindo:

P V = m M M R T

Para o C H C l 3 :

P = 195   T o r r × 1   a t m 760   T o r = 0,257   a t m

V = 1   L

M M = 119,37 g m o l

T = 25 ° C + 273 = 298   K

R = 0,082 a t m   .   L m o l   .   K

Colocando na fórmula:

0,257   a t m ( 1   L ) = m 119,37 g m o l 0,082 a t m   .   L m o l   .   K ( 298   K )

Reorganizando:

m = 1,25   g

Então, para gerar essa pressão nós precisamos 1,250 g. O que significa que temos composto suficiente para alcançar o equilíbrio no balão.

Então a pressão será 195 Torr para o balão contendo C H C l 3 !!

Passo 2

Para o C H 3 C O C H 3 :

P = 222   T o r r × 1   a t m 760   T o r = 0,292   a t m

V = 1   L

M M = 58,08 g m o l

T = 25 ° C + 273 = 298   K

R = 0,082 a t m   .   L m o l   .   K

Colocando na fórmula:

0,292   a t m ( 1   L ) = m 58,08 g m o l 0,082 a t m   .   L m o l   .   K ( 298   K )

Reorganizando:

m = 0,694   g

Então, para gerar essa pressão nós precisamos 0,694 g. O que significa que temos composto suficiente para alcançar o equilíbrio no balão.

Então a pressão será 222 Torr para o balão contendo C H 3 C O C H 3 !!

Passo 3

Depois de abrir a torneira, na letra b, o vapor de acetona e clorofórmio se moverá para os dois frascos. Além disso, algum vapor de acetona se condensará em clorofórmio líquido e algum clorofórmio se condensará em acetona líquida. Depois de algum tempo, um novo equilíbrio será estabelecido.

Neste equilíbrio, a composição da fase líquida em ambos os balões será a mesma e a composição da fase gasosa será uniforme.

Para avaliar a composição na fase líquida usamos a equação:

x C H C l 3 = n C H C l 3 n C H C l 3 + n C H 3 C O C H 3

x C H 3 C O C H 3 = n C H 3 C O C H 3 n C H C l 3 + n C H 3 C O C H 3

Se o número de mol é calculado como:

n = m M M

E lembrando que:

m C H C l 3 = m C H 3 C O C H 3 = 35   g

Substituímos para achar as composições no líquido:

x C H 3 C O C H 3 = 35   g 58,08 g m o l 35   g 58,08 g m o l + 35   g 119,37 g m o l = 0,67

x C H C l 3 = 35   g 119,37 g m o l 35   g 58,08 g m o l + 35   g 119,37 g m o l = 0,33

Então já achamos a composição na fase líquida, agora só precisamos achar na fase gasosa!

Passo 4

Para descobrir a composição da fase gasosa e líquida nós usamos a Lei de Raoult:

P C H C l 3 = x C H C l 3 P C H C l 3 *

P C H 3 C O C H 3 = x C H 3 C O C H 3 P C H 3 C O C H 3 *

Agora vamos substituir na nossa equação de Raoult para achar a nova pressão:

P C H C l 3 = 0,33 P C H C l 3 *

P C H 3 C O C H 3 = 0,67 P C H 3 C O C H 3 *

Agora só precisamos adicionar as pressões de vapor que já sabemos:

P C H C l 3 = 0,33 × 195   T o r r = 64   T o r r

P C H 3 C O C H 3 = 0,67 × 222   T o r r = 149   T o r r

Então a pressão total será:

P = 64   T o r r + 149   T o r r = 213   T o r r

Então a composição gasosa será:

x C H C l 3 = P C H C l 3 P = 64   T o r r 213   T o r r = 0,30

x C H 3 C O C H 3 = P C H 3 C O C H 3 P = 149   T o r r 213   T o r r = 0,70

Passo 5

O que significa desvio negativo da Lei de Raoult?

Eu conto pra vocês !

Isso significa que as interações entre C H C l 3 e C H 3 C O C H 3 são mais fortes que as interações intermoleculares quando eles estão na forma pura.

Isso dará uma pressão de vapor menor do que a obtida na parte b, quando consideramos o comportamento ideal. Então, eles formarão um azeótropo com alto ponto de ebulição , consequentemente a composição da fase gasosa será diferente da obtida na parte b.

E ai?

O que acharam desta ?!

Resposta

  1. 195   T o r r   e   222   T o r r ;
  2. F a s e   L í q u i d a   : x C H 3 C O C H 3 = 0,67 ,     x C H C l 3 = 0,33 ;
  3. F a s e   G a s o s a   : x C H 3 C O C H 3 = 0,70 ,     x C H C l 3 = 0,30 ;

  4. D i f e r e n t e   c o m p o s i ç ã o   n a   f a s e   g a s o s a .

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