Calculadora de Pressão de Vapor

Com a calculadora de pressão de vapor da Omni, apresentamos a você duas equações de pressão de vapor! Você já se perguntou: o que é pressão de vapor? Como um líquido se transforma em um gás devido a uma mudança na pressão e na temperatura? Quando e como usar a equação de Clausius-Clapeyron? E o que tudo isso tem a ver com a entalpia de vaporização? Se a resposta é “sim” para essas perguntas, continue lendo. Responderemos a todas essas perguntas e muito mais!

A pressão de vapor é a pressão exercida pelas moléculas de vapor de uma substância em um sistema fechado. Ela ocorre em equilíbrio, ou seja, quando as moléculas estão vaporizando e condensando na mesma velocidade em uma determinada pressão. A pressão de vapor está diretamente relacionada à energia cinética de uma molécula. As moléculas leves, aquelas com alta energia cinética ou aquelas com forças intermoleculares fracas, têm pressões de vapor mais altas e, portanto, maior volatilidade (a tendência de vaporizar).

Como calcular a pressão de vapor? Vamos dar uma olhada mais de perto em duas equações de pressão de vapor: a equação de Clausius-Clapeyron e a lei de Raoult.

A equação de Clapeyron afirma que:

onde:

• $\frac{dP}{dT}$ é a derivada da pressão em relação à temperatura;
• $H$ é o calor específico latente 🇺🇸, a energia térmica absorvida ou liberada durante uma transição de fase;
• $T$ é a temperatura; e
• $\Delta V$ é a mudança do volume específico durante uma transição de fase.

Essa fórmula é ilustrada em um diagrama de fase, um gráfico que mostra como as fases mudam e coexistem em equilíbrio em diferentes pressões e temperaturas.

A equação de Clausius-Clapeyron é obtida a partir da fórmula anterior. Ela descreve a relação entre a pressão de vapor e a temperatura de um líquido, e tem uma boa precisão para caracterizar a transição de fase entre líquido e gás (vaporização) ou sólido e gás (sublimação). Essa equação também pode ser aplicada quando há uma grande diferença entre o volume específico de uma molécula na fase gasosa, em comparação com sua fase condensada. A equação de Clausius-Clapeyron é dada pela seguinte relação:

onde:

• $T_1$ é a temperatura inicial medida em kelvin (K);
• $T_2$ é a temperatura final (K);
• $P_1$ é a pressão inicial;
• $P_2$ é a pressão final;
• $\Delta H$ é a entalpia molar de vaporização ou sublimação ($\rm {J}/{mol}$); e
• $R$ é a constante de gás de $8{,}3145\ \rm {J}/{mol \cdot K}$.

Ao resolver problemas de física e química, é importante que você se lembre de converter suas unidades. Não se preocupe com isso aqui, nossa calculadora de pressão de vapor as converterá para você. Mas se você estiver resolvendo a equação de Clausius-Clapeyron por conta própria, lembre-se de que a temperatura deve ser sempre expressa em kelvin. A unidade de pressão não importa, desde que seja a mesma para a pressão inicial e final.

Entalpia de vaporização ou, em outras palavras, o calor de vaporização, é a energia necessária para uma mudança de fase, para transformar um líquido em um gás. De forma análoga, a quantidade de energia necessária para uma transição de fase direta entre um estado sólido e gasoso é chamada de entalpia de sublimação.

Em suas aulas de química, um professor pode dar a você um exercício para encontrar a pressão de vapor ou a entalpia de vaporização. Vamos resolver um deles para ajudar você a entender completamente a equação de Clausius-Clapeyron.

• A água tem uma entalpia de vaporização de 40.660 ^J/_mol (ΔH_vap).
• Sua pressão de vapor é de 102.325 Pa (P₁) a uma temperatura de 280 K (T₁).
• Qual é a sua pressão a 263 K (T₂)?

Vamos começar calculando o lado direito da nossa equação, pois não há incógnitas:

Ao multiplicar ambos os lados pelo expoente, você obtém:

Se você não tiver familiaridade com logaritmos naturais ($\ln$) ou com a constante de crescimento exponencial ($e$), recomendamos nossa calculadora de log (logaritmo). Você pode reorganizar a equação acima para encontrar $P_2$:

Como você vê, é um pouco complicado fazer esse cálculo à mão. É muito mais fácil usar uma calculadora científica ou, já que você está aqui, nossa calculadora de pressão de vapor :).

A lei de Raoult afirma que:
A pressão de vapor de uma solução é igual à pressão de vapor de um solvente puro vezes sua fração molar.

Ela também é expressa pela equação a seguir:

onde:

• $P_{\rm solu\c{c}\~{a}o}$ é a pressão de vapor de uma solução;
• $P_{\rm solvente}$ é a pressão de vapor do solvente;
• $X_{\rm solvente}$ é a fração molar do solvente, a proporção de mols do solvente em relação aos mols da solução inteira.

Se houver mais de dois componentes na solução, a lei das pressões parciais de Dalton deverá ser aplicada.
A lei de Raoult só é precisa para soluções ideais. Uma solução é considerada ideal quando as interações intermoleculares são iguais. As misturas de moléculas diferentes nunca são ideais, mas podemos tratá-las como se fossem para simplificar nossos cálculos.

Vamos usar essa equação de pressão de vapor em um exercício:

Qual é a pressão de vapor de uma solução feita pela dissolução de 100 gramas de glicose (C₆H₁₂O₆) em 500 gramas de água? Considere que a pressão de vapor da água pura é de 47,1 torr a 37 °C.

1. Calcule a fração molar da água (o solvente).

   • $X_{\rm solvente} = \frac{n_{\rm água}}{n_{\rm glicose} + n_{\rm água}}$

   • A massa molar da água é 18 ^g/_mol, e a da glicose é 180,2 ^g/_mol.

   • $n_{\rm água} = 500 / 18 = 27{,}70\rm \ mol$

   • $n_{\rm glicose} = 100 / 180{,}2 = 0{,}555\rm \ mol$

   • $X_{\rm solvente} = 27{,}70 / (27{,}70 + 0{,}555) = 0{,}98$

2. Usando a lei de Rault, considerando a pressão de vapor da água pura, temos:

• $P_{\rm solu\c{c}\~{a}o} = 47{,}1 \cdot 0{,}98 = 46{,}16 \space\rm torr$

Agora você sabe como calcular a pressão de vapor por conta própria. Essas duas equações podem parecer intimidadoras no início, mas depois que você as entende, elas se tornam muito fáceis. Lembre-se de conferir nossas outras calculadoras, por exemplo, a calculadora de pressão osmótica 🇺🇸.