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Balano de Massa e Energia Aula 4

Gases e Vapores

Na maioria das presses e temperaturas, uma substncia pura no

equilbrio existe inteiramente como um slido, um lquido ou um gs.

Contudo, em certas temperaturas e presses, duas ou mesmo trs fases

podem coexistir simultaneamente.

Exemplo 1) gua pura um gs a 130C e 100 mmHg, e um slido a -

40C e 10 atm, mas a 100C e 1 atm pode ser um gs, um lquido ou uma

mistura dos dois, e aproximadamente a 0,0098 C e 4,59 mmHg pode ser

um slido, um lquido, um gs ou qualquer combinao dos trs.

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Gases e Vapores Diagrama de Fases

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Termos importantes que podem ser definidos em

referncia ao diagrama de fases:

1. Se T e P correspondem a um ponto sobre a curva

de equilbrio lquido-vapor para uma determinada

substncia, P a presso de vapor da substncia

temperatura T, e T o ponto de ebulio (mais

precisamente, a temperatura do ponto de

ebulio) da substncia presso P.

2. O ponto de ebulio de uma substncia a P = 1

atm seu ponto de ebulio normal.

3. Se (T,P) cai sobre a curva de equilbrio slido-

lquido, ento T o ponto de fuso ou ponto de

congelamento P. 3



4. Se (T,P) cai sobre a curva de equilbrio slido-

vapor, ento P a presso de vapor do slido

temperatura T e T o ponto de sublimao

presso P.

5. O ponto (T,P) no qual a fase slida, lquida e

vapor podem coexistir chamado ponto triplo

da substncia.

6. A curva de equilbrio lquido-vapor termina na

temperatura crtica e na presso crtica (Tc, Pc)

Acima e direita do ponto crtico nunca podem

coexistir duas fases separadas.

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Lquido

Vapor

Lquido-

Vapor

Gs

A Curva T1 representa uma isoterma a alta

temperatura, e nesta condio a substncia

est longe da regio de condensao. A

medida que a temperatura diminui, as

isotermas se aproximam da regio de

condensao, representada pela curva

ACB.

As substncias com isotermas

representadas pelas temperaturas T3 e T4,

que alcanam a curva ACB, apresentam

trs regies distintas: regio de vapor

direita de ACB, regio de lquido

esquerda de ACB e regio de duas fases

abaixo de ACB.

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Lquido

Vapor

Lquido-

Vapor

Gs Quando uma massa de um lquido puro

mantida a temperatura constante sofre

uma reduo de presso, este lquido

comea a entrar em ebulio quando um

certa presso alcanada. Esta presso

variar com a temperatura constante em

que o lquido mantido, mas para cada

temperatura haver apenas uma presso

em que a ebulio do lquido ocorrer.

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Se o lquido no ponto P temperatura T4

tiver sua presso reduzida at alcanar o

ponto D na curva AC, este ponto

representar o incio da ebulio do lquido.

Neste processo, enquanto existir lquido a

temperatura e a presso permanecem

constantes. A presso correspondente linha

horizontal DE chamada de presso de

vapor do lquido a T4.

H uma presso de vapor correspondente

para cada temperatura at que o ponto C seja

alcanado. Este ponto chamado de ponto

crtico. Em temperaturas acima de Tc

somente a fase gasosa pode existir.

Lquid

o Vapor

Lquido-

Vapor

Gs

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O ponto D representa o ponto de bolha

da substncia, ou seja, o ponto onde

aparece a primeira bolha de vapor do

lado do lquido.

O ponto E representa o ponto de orvalho

da substncia, ou seja, o ponto onde

aparece a primeira gota de lquido do lado

do vapor.

Lquid

o Vapor

Lquido-

Vapor

Gs

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Presso de Vapor

1L gua

1L ter

t2

t1

t2 > t1

O ter evapora mais rpido do que

a gua, portanto o ter mais

voltil que a gua.

3 2 1

1. Comea a vaporizao do lquido;

2. Alm da vaporizao, temos a

condensao (a molcula volta para o

lquido);

3. A velocidade de condensao iguala-se a

velocidade de vaporizao, portanto, a

quantidade de vapor fica constante

(equilbrio lquido-vapor).

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Presso de Vapor

O vapor que fica acima do lquido exerce uma presso (registrada em um manmetro),

chamada de presso de vapor (Pv).

M

Vapor dgua

gua

20C

H2O(L) H2O(V)

Pv = 17,5 mmHg a 20C

A presso de vapor depende da natureza da

substncia e da temperatura

T = 20C gua : PV = 17,5 mmHg

Etanol : PV = 44 mmHg

Efeito da Temperatura

PV

Temperatura 10


Presso de Vapor

Um lquido entra em ebulio quando a presso de vapor iguala-se a presso atmosfrica.

Lquido

Vapor

Patm

PV = Patm Ponto de Ebulio (PE) = 100C a 760 mmHg

Observao: Maior altitude Menor Patm Menor PE

PV

Temperatura 100C

760 mmHg

gua

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Curva da Presso de Vapor da gua

Esta figura representa a curva de presso

de vapor da gua em funo da

temperatura.

Qualquer ponto sobre a curva PT

representa uma mistura em equilbrio de

lquido e vapor. comum chamar esta

situao de equilbrio entre o vapor

saturado e o lquido saturado. Lquido

saturado significa lquido no ponto de

ebulio e vapor saturado vapor no ponto

de condensao.

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Curva da Presso de Vapor da gua

Um ponto acima ou a esquerda da curva de

presso de vapor, como o ponto P, representa

lquido em uma presso superior presso de

saturao (se fixarmos a temperatura) ou em

uma temperatura inferior temperatura de

saturao (se fixarmos a presso). Nesta

condio diz-se que o lquido est sub-

resfriado.

Um ponto abaixo ou a direita da curva de

presso de vapor, como o ponto R ou Q,

representa vapor em uma presso inferior

presso de saturao (se fixarmos a

temperatura) ou em uma temperatura superior

temperatura de saturao (se fixarmos a

presso). Nesta condio diz-se que o vapor

est superaquecido.

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Tabela da Presso de Vapor da gua

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Grfico da Presso de Vapor

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Estimativa da Presso de Vapor

A estimativa da presso de vapor feita em geral de forma experimental ou atravs de equaes

empricas. As equaes mais usadas so as de Clausius-Clapeyron e de Antoine.

BT

ApB

T

Ap ** logou lnClausius-Clapeyron

CT

BAp

CT

BAp

** logou ln

A, B e C: Constantes com valores diferentes para cada

substncia;

T: Temperatura absoluta (K)

Antoine

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Estimativa da Presso de Vapor

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Aplicao da Estimativa da Presso de Vapor

A presso de vapor do metanol conhecida nas temperaturas abaixo. Supondo vlida a equao de

Clausius-Clapeyron, avalie os parmetros da equao e estime o valor da presso de vapor

temperatura de 400K.

BT

ApB

T

Ap ** logou lnClausius-Clapeyron

T (K) 320 360

P* (kPa 48,330 229,26

Soluo:

(1) 320977,1240320

878,3320

)330,48ln( BABA

BA

(2) 360548,1956360

434,5360

)26,229ln( BABA

BA

A = -4483,6 e B = 17,889

kPaepp 32,79668,6889,17400

6,4486ln 68,6**

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Estime a presso de vapor do metanol supondo vlida a equao de Antoine temperatura de 400K.

Soluo:

CT

BAp

CT

BAp

** logou ln

A, B e C: Constantes com valores diferentes para cada

substncia;

T: Temperatura absoluta (K)

Antoine

Da tabela de constantes com T em K temos:

A = 16,5725

B = 3626,55

C = -34,29

kPaepCT

BAp 46,777656,6

29,34400

55,36265725,16ln 656,6**

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