Equilíbrio Líquido-Vapor Para focalizar: É sempre possível separar dois líquidos por destilação? Iformação A 300 K a pressão de or do bezeo 103,0 Torr e a do tolueo é 32,1 Torr. Questões para pesar criticamete (QPC) Observação: para várias dessas QPCs, é útil você usar um programa de plailha de cálculo (Origi, Excel, etc.) para criar tabela de dados e fazer gráficos. Naturalmete você poderá fazer esses gráficos a mão. 1. Admita que uma solução ideal é formada por bezeo e tolueo a 300 K e complete a tabela abaixo. x bx P bz / Torr P tol / Torr P / Torr y bz 0 0,100 10,3 28,9 39,2 0,200 20,6 25,7 46,3 0,400 41,2 19,2 60,4 0,600 0,800 82,4 6,4 88,8 1,000 2. Faça um gráfico da pressão parcial de bezeo sobre a solução em fução da fração molar do bezeo a solução. No mesmo gráfico coloque a pressão parcial do tolueo em fução da fração molar do bezeo a solução. Coloque também a liha da pressão al em fução da fração molar do bezeo a solução. 1
120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 3. Prepare outro gráfico da pressão al em fução da fração molar do bezeo a solução, e sobrepoha o gráfico da pressão al em fução da fração molar do bezeo a fase de or. Iclua os potos para fração molar igual a 0 e igual a 1. 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 Exercícios 1. Use os gráficos feitos os ites 2 e 3 acima para estimar as seguites quatidades: a) Para uma amostra a 300 K, em que pressão começará a ebulição de uma mistura equimolar de bezeo e tolueo? 2
b) Qual é a composição do or quado começar a ebulição a 300 K? c) Abaixo de que pressão o sistema estará completamete gasoso? 2. Use a Lei de Raoult e/ou Lei de Dalto para calcular as respostas ao exercícios 1a e 1b. 3. A 100 o C, a pressão de or do bezeo é 1,800 bar e a do tolueo, 0,742 bar. Qual será a composição de uma solução que etrará em ebulição a 1,000 bar, essa temperatura? Modelo 1: Diagrama PX A liha horizotal que passa através do poto D (C-E) é chamada de liha de amarração; ela liga as composições de líquido e or que estão em equilíbrio. A composição al do sistema o poto D é x 2. Nesse poto o sistema é formado por uma fase líquida de composição x 1 e um or de composição y 3. x = = liq B 1 y liq 3 B ode B líq = mols de B a fase líquida e B = mols de B a fase de or, e é a quatidade al de mols. 3
Questões para pesar criticamete 4. a) Baseado a iformação dada o Modelo 1, explique como se obtém a seguite relação: x + liq B B 2 = liq + (1) b) Pode ser mostrado que y x DE = = x x DC liq 3 2 2 1 (2) Essa relação é chamada de regra da alavaca, e tem uma iterpretação importate. Qual é ela? 5. Estime, a razão etre a quatidade de líquido e a de or o poto D. Modelo 2: Um Gráfico da Temperatura de Ebulição em Fução da Composição da Solução para uma Mistura Ideal de A e B. 4
Questões para pesar criticamete 6. O que é diferete esse diagrama de fases com relação àquela discutida feita o item (3)? 7. Complete os seguites dados: Poto de Ebulição do A Puro = Poto de Ebulição do B Puro = x B y B T B / o C 0,2 0,4 0,6 0,8 8. É possível, a partir de uma solução de A e B, 50 % molar de A, separar a mistura em A e B puros? Explique. Use o diagrama do Modelo 2 para mostrar. 5
Exercícios 4. A regra da alavaca, equação (2), dá uma expressão para respoder a seguites questão: para um dado poto etre C e E o Modelo 1 (D, por exemplo), qual é a quatidade relativa de or e de líquido? Use as expressões para x 1, x 2 e y 3 para mostrar que a razão etre os segmetos de reta DE/DC é igual à razão etre as quatidades de mols a fase de liquido e de or, liq /. Isto é, mostre que DE/DC = liq /. 5. Aplique a regra da alavaca para determiar a composição do or e da solução quado a solução do Exercício 1existir metade a fase de or e metade a fase líquida. 6. Abaixo ecotra-se o diagrama de fases para o sistema clorofórmio-acetoa. a) Qual é a composição das fases líquida e or o poto de ebulição máximo? b) É possível começar de uma solução 50/50 molar de acetoa e clorofórmio e separar a mistura em acetoa pura e clorofórmio puro? Explique. c) Este tipo de diagrama de fases é chamado de diagrama de fases azeotrópica de máxima. Esquematize um diagrama TX que teha um míimo. Explique que iterações etre moléculas levariam a um diagrama de fases TX ter um azeótropo de máxima, e de míima. 6