Medida da Pressão de Vapor

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Universidade Federal do Rio de Janeiro 
IQF367 Físico-Química Experimental - EQ/EQD-2 
Professor: Carlos Bielschowsky 
Aluna: Mylena Capareli do Nascimento Craveiro 
 
→ Relatório da Prática 6 – Medida da Pressão de Vapor: 
 
Introdução 
 As moléculas de um líquido escapam para a fase gasosa mesmo em temperaturas 
inferiores ao seu ponto de ebulição. Quando o líquido é colocado num recipiente 
fechado a uma determinada temperatura, a pressão exercida pelas moléculas na fase 
gasosa altera-se até que o equilibro entre a evaporação e a condensação seja atingido. 
Ou seja, [1] a pressão de vapor é aquela exercida pelo vapor de uma substância líquida 
quando ocorre o equilíbrio entre essas fases, e é uma propriedade característica de 
líquidos que está relacionada diretamente com as forças de interação entre as moléculas 
que formam esse líquido e a temperatura do sistema. 
 [1] Quanto menor a pressão de vapor, maior são as forças de atração entre as 
moléculas e maior a temperatura necessária para se atingir o ponto de ebulição. Quanto 
maior a temperatura do sistema maior a pressão de vapor. 
 [1] A pressão de vapor (ou pressão de equilíbrio do líquido com seu vapor) 
aumenta com a temperatura até o ponto crítico, onde o sistema bifásico (líquido/gás) 
torna homogêneo e, quanto maior a pressão de vapor mais volátil é o liquido, ou seja, 
quanto mais pressão o líquido faz contra a sua superfície mais rápido é a sua evaporação. 
 [1] Alguns fatores influenciam na pressão de vapor, são eles a temperatura e a 
natureza do líquido. A pressão de vapor de um sistema aumenta com a temperatura até 
um ponto crítico. 
 [1] O segundo princípio da Termodinâmica garante que quando duas fases α e β 
de um sistema fechado constituído de uma substância pura encontram-se em equilíbrio, 
a temperatura e pressão constantes, o potencial químico da substância tem o mesmo 
valor em ambas as fases, ou seja: 
μα(P, T) = μβ(P, T) (Equação 1) 
 
Sendo α a fase líquida e β a fase gasosa (vapor) 
 
 [1] Se a temperatura (ou a pressão) do sistema bifásico for modificada, para que 
as duas fases continuem a coexistir em equilíbrio é necessário que a pressão (ou a 
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Lápis
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Lápis
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Lápis
carle
Lápis
temperatura) também varie. Neste caso os potenciais químicos se modificarão, mas os 
novos valores preservarão a igualdade estabelecida na Equação 1, o que significa que 
suas variações foram idênticas: 
dμα = dμβ (Equação 2) 
 
Sendo: dμ = VdP − SdT 
VαdP − SαdT = VβdP − SβdT (Equação 3) 
 
Reorganizando a equação: 
dP
dT
=
∆S̅α→β
∆V̅α→β
=
∆S̅vap
∆V̅vap
 (Equação 4) 
 
 [1] A Equação 4 mostra que a inclinação da curva de equilíbrio entre as duas fases 
(curva de pressão em função da temperatura) depende das variações de entropia e 
volume molares da substância na mudança de fase α → β, de vaporização. Esta equação 
é exata e aplica-se a qualquer curva de equilíbrio de duas fases de uma substancia pura. 
Na equação acima temos que: ∆V̅vap = V̅gás − V̅liq. 
 [1] A relação quantitativa entre a variação de pressão em função da temperatura, 
a entalpia de vaporização e a entropia molar foi criada por Clausius e Clapeyron, para 
um líquido tem-se que: para temperaturas inferiores à temperatura crítica e pequenas 
variações de temperatura, podemos considerar a variação do volume do gás igual ao 
próprio volume do gás, ou seja, podemos desprezar o volume do líquido. 
Assim, supondo que: V̅gás ≫ V̅liq, então V̅gás − V̅liq ≈ V̅gás, logo: 
dPv
dT
=
∆S̅v
∆V̅vap
 (Equação 5) 
 
Uma vez que ∆S̅v =
∆H̅v
T
, então: 
dPv
dT
=
∆H̅v
T
.
1
∆V̅vap
 (Equação 6) 
 
 
 [1] Supondo que a fase vapor é um gás ideal para n=1 e a entalpia H de 
vaporização é independente da temperatura (ao menos em um determinado intervalo): 
∆V̅vap = V̅gás =
RT
P
 (Equação 7) 
 
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Lápis
Onde R corresponde à constante ideal dos gases e é igual a 8,31 J/(mol.K) 
 
 Substituindo a Equação 7 na Equação 6, tem-se a seguinte relação: 
dPv
dT
=
∆H̅v
T
.
P
RT
 (Equação 8) 
 
 
 Fazendo a integral: 
∫
dPv
P
P
Po
= ∫
∆H̅v
R
. (
1
T2
) dT
T
To
 (Equação 9) 
 
 
 [1] Resolvendo a integral quando Po = 1atm e To é a temperatura normal de 
vaporização do líquido: 
ln(Pv) = −
∆H̅v
R
. (
1
T
) + cte (Equação 10) 
 
 [1] A partir desta equação pode-se inferir que há uma relação linear entre o 
inverso da temperatura e o ln(Pv) e o coeficiente desta reta é o quociente. O ln(Pv) 
decresce linearmente com 1/T e o coeficiente angular da curva ln(Pv) em função de 1/T 
é proporcional ao ΔHvap. 
 [2] No caso, ΔHvap também corresponde ao calor latente de vaporização (Lv) da 
substância, logo, pode-se rearranjar a Equação 10 da seguinte forma, tornando-a a 
chamada Equação de Clausius-Clapeyron: 
ln(Pv) = −
Lv
R
. (
1
T
) + cte 
 
 [1] Para construir a curva de pressão de vapor de um liquido é preciso determinar 
a pressão de vapor em diversas temperaturas. Entre os processos mais usados contam-
se os dinâmicos, o método de saturação e os estáticos. Nessa prática será utilizado o 
método estático a partir de um aparato chamado de isotencioscópio. 
 [1] Neste método o liquido é colocado num recipiente e aquecido até uma 
determinada temperatura. Em seguida faz-se vácuo parcial no recipiente até se observar 
o equilíbrio líquido/vapor no tubo em U, enquanto a pressão de vapor no equilíbrio é 
medida num manômetro de mercúrio acoplado ao sistema. A Figura 1 ilustra como é 
feito o experimento. 
 
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Lápis
 
Figura 1. Esquema da medida da pressão de vapor 
 
[2] Pode-se observar do lado direito uma bomba de vácuo que diminui a pressão em 
uma a linha de vácuo que é subdivida em três ramais: 
1. Um deles (válvula 3) está conectado a um frasco grande que fica dentro da caixa e é 
destinado a estabilizar a pressão. Ele aumenta/diminui a força de bombeio e quebra 
o vácuo do sistema. 
2. Um segundo ramal (válvula 2) vai para um balão com água onde está colocado a 
água para a qual mediremos a pressão de vapor em função da temperatura e 
pressão. Ele isola o sistema da bomba de vácuo. 
3. O terceiro ramal (válvula 1) vai para um tubo em U contendo mercúrio. Ele serve 
para medir a pressão da linha, onde uma de suas extremidades está aberta para a 
atmosfera e a outra extremidade conectada à linha de vácuo. Ou seja, isola o 
manômetro de mercúrio do sistema que contém a amostra. 
 [2] Ao diminuir a pressão na linha de vácuo, o mercúrio da linha conectada à 
atmosfera desce e aquele conectado à linha de vácuo sobe, criando uma diferença de 
altura que é possível medir através da régua ou da própria divisão no tubo, 
determinando, portanto, a diferença de pressão entre a linha e a atmosfera. 
 [2] O experimento tem início ligando a bomba de vácuo, criando uma pressão 
mínima na linha de vácuo. Há duas torneiras na linha de vácuo. A torneira de três vias 
T1 serve para ligar a linha à bomba ou isolar o sistema do exterior. A torneira T2 faz a 
conexão do sistema com a atmosfera. Com isto, conseguimos admitir ar dentro da linha 
de vácuo, aumentando a pressão da linha de forma controlada. 
 [2] O líquido a ser investigado é colocado num balão (A) que fica imerso em um 
banho de aquecimento. O balão é provido de um termômetro (T) e um condensador (C). 
O condensador (c) comunica-se com a linha de vácuo. 
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Lápis
[2] A água no balão é aquecida por um banho térmico até que ela atinja, para 
aquela pressão interna, a temperatura de vaporização, que medimos através de um 
termômetro que está colocado no balão. 
 [2] Variando a pressão da linha, podemos obter as temperaturas de vaporização 
contra a pressão para a água. E assim, pode-se determinar pontos de pressão e 
temperatura ao longo da curva, que deve indicar uma dependência logaritma,semelhante à equação de Clausius-Clapeyron. 
 [2] Esse experimento tem como objetivo determinar as pressões de vapor da água 
em diversas temperaturas, para que se possa construir o gráfico de ln(Pv) versus 1/T, a 
fim de se verificar a validade da equação de Clausius-Clapeyron e, pelo coeficiente 
angular da reta obtida, calcular o calor latente de vaporização da água. 
 
 
Materiais e Métodos 
 [2] Os materiais utilizados e os procedimentos experimentais a seguir estão 
descritos conforme o roteiro disponibilizado na plataforma AVA. 
Materiais: 
- Balão de fundo chato; 
- Condensador; 
- Termômetro; 
- Manômetro de mercúrio; 
- Kitasato (“trap”); 
- Manostato de 10 a 20; 
- Equipamentos: agitador magnético e placa de aquecimento; 
- Reagente: água destilada. 
 
Procedimentos experimentais: 
1. O balão deve conter um volume de água aproximadamente a metade de seu volume; 
2. Estabelecer, por intermédio da bomba de vácuo, uma diferença de pressão 
entre o sistema e o exterior de cerca de 600mmHg; 
3. Fechar a torneira T1 e, ao mesmo tempo, abrir a torneira T2, de modo a isolar o sistema 
e ligar a bomba para a atmosfera. Desligar a bomba de vácuo a seguir; 
4. Por meio de uma placa de aquecimento, aquecer suavemente a água contida no balão 
até que esta entre em ebulição. Verificar que, no equilíbrio, a temperatura se mantém 
carle
Lápis
constante, e que ocorre a formação de um anel de condensação no início do 
condensador; 
5. Medir a diferença de altura ∆h entre os dois ramos do manômetro de mercúrio e a 
temperatura da água do balão; 
6. Mediante manobra na torneira T1, admitir um pouco de ar no sistema, de modo que 
a diferença entre os níveis de mercúrio no manômetro diminua de aproximadamente 
10mm; 
7. Fechar a torneira T1 isolando, novamente, o sistema do exterior; 
8. Na nova pressão, repetir o procedimento dos itens (4) e (5); 
9. Proceder desta forma, repetindo sucessivamente os itens (6), (7) e (8), de modo a 
dispor de oito a dez medidas de ∆h e T; 
10. Medir a pressão atmosférica (Patm) em um barômetro. Calcular as pressões de vapor 
da água pela relação: Pv = Patm - ∆h; 
11. Ao terminar, restabelecer a pressão atmosférica no sistema, desligar a água do 
condensador e o aquecimento. 
 
Observações: 
1. Deve-se prestar atenção para não permitir que o vapor de água passe para a linha de 
vácuo. O anel de condensação do líquido não deve ultrapassar o primeiro terço do 
condensador; 
2. Há risco de fragmentação do frasco usado como manostato. Precaução indispensável 
é envolvê-lo num invólucro rígido; 
3. Este método se presta para medir pressão de vapor de soluções. A principal 
característica deste sistema é manter a concentração da solução constante ao longo das 
medidas através do retorno do solvente que condensa no condensador. Isto não ocorre 
no isotencioscópio. Para homogeneizar a temperatura e a concentração, ao mesmo 
tempo que facilita a ebulição dentro do balão, a solução é agitada com o auxílio de um 
bastão magnetizado acionado por um agitador magnético. Outro detalhe é que sendo o 
volume do líquido utilizado neste método, bem maior que no isotencioscópio, no qual 
rapidamente se estabelece o equilíbrio térmico com o banho. O termômetro deve ser 
colocado dentro do balão com o seu bulbo na interface líquido/vapor, de tal forma que 
seja possível medir de maneira precisa a temperatura de equilíbrio. Também o tempo 
necessário para que seja alcançado o equilíbrio é maior que no isotensioscópio devido 
aos maiores volumes do sistema; 
carle
Lápis
4. Este método permite medir a pressão de vapor de soluções, também em função da 
concentração. Para isto, com auxílio de uma bureta graduada, adiciona-se 
sucessivamente uma certa quantidade de solventes à solução, obtendo-se assim, novas 
concentrações; 
5. O instrumento é menos preciso que o isotensioscópio, devido a flutuação na leitura 
da temperatura. Isto decorre do fato que a determinação da temperatura não é feita 
de modo instantâneo. 
 
 
Resultados e Discussão 
 A partir dos procedimentos experimentais, obteve-se os valores da altura da 
coluna de mercúrio conectada à linha de vácuo (hs) e a altura da coluna de mercúrio 
conectada à atmosfera (hi) para diferentes pressões e temperaturas, onde o líquido 
dentro do balão atingiu equilíbrio de fase líquido-vapor. 
 Medindo a pressão atmosférica neste dia, através de um barômetro disposto no 
laboratório, obteve-se o valor de 765,5mmHg, logo, Patm = 765,5mmHg. Fazendo os 
cálculos, tem-se os resultados conforme a Tabela 1. 
 
Tabela 1. Resultados obtidos através dos dados experimentais 
T 
(°C) 
hs 
(mmHg) 
hi 
(mmHg) 
T 
(K) 
1/T 
(K-1) 
∆h 
(mmHg) 
Pv 
(mmHg) 
ln(Pv) 
63,9 782 190 336,9 0,002968 592 173,5 5,156178 
64,8 772 197 337,8 0,002960 575 190,5 5,249652 
68,1 761 206 341,1 0,002932 555 210,5 5,349486 
70,1 750 215 343,1 0,002915 535 230,5 5,440251 
71,9 740 223 344,9 0,002899 517 248,5 5,515443 
73,4 731 230 346,4 0,002887 501 264,5 5,577841 
74,9 721 239 347,9 0,002874 482 283,5 5,647212 
76,3 711 246 349,3 0,002863 465 300,5 5,705448 
77,6 701 254 350,6 0,002852 447 318,5 5,763622 
78,9 691 263 351,9 0,002842 428 337,5 5,821566 
 
 A partir dos dados da Tabela 1, foi possível construir o Gráfico 1, que relaciona a 
curva do logaritmo da pressão [ln(Pv)] contra o inverso da temperatura em graus Kelvin 
(1/T). 
 
carle
Lápis
Gráfico 1. Relação ln(Pv) versus 1/T 
 
 O coeficiente angular da reta obtida no Gráfico 1 corresponde a -Lv/R. Dessa 
forma, é possível calcular o calor latente de vaporização (Lv) da água através dos 
seguintes cálculos: 
y = ax + b 
y = −5047,7x + 20,157 
a = −
Lv
R
= −5047,7K 
 
Sendo: R igual a constante ideal dos gases → R = 8,31J/(mol.K) = 1,987cal/(mol.K) 
Assim: 
Lv = 5047,7 R 
Lv = 5047,7x8,31 
Lv = 41,946KJ/mol 
 
Sendo: MMágua = 18g/mol → Lv = 2330,33KJ/kg 
 
 
 
 
 
y = -5047,7x + 20,157
R² = 0,9958
5,1
5,2
5,3
5,4
5,5
5,6
5,7
5,8
5,9
0,00282 0,00284 0,00286 0,00288 0,0029 0,00292 0,00294 0,00296 0,00298
Ln
 (
P
v)
1/T
carle
Lápis
Conclusão 
 O Gráfico1 apresentou uma reta e, dessa forma, pode-se verificar a validade da 
equação de Clausius-Clapeyron, mesmo que com um ponto fora da reta. Além disso, 
pelo coeficiente angular da reta obtido, foi possível calcular o calor latente de 
vaporização da água correspondente a, aproximadamente, 41,95KJ/mol (ou 
2330,33KJ/kg). 
 Esse experimento foi de relativa facilidade e entendimento, mas sabe-se do 
cuidado e atenção necessários no momento da prática e na tomada de dados. 
Entretanto, apesar do resultado coerente com o esperado, erros experimentais podem 
ser observados e, de fato, foram, justamente pelo 9° ponto apresentado fora da reta. E 
esses erros experimentais podem ser comuns pelo fato do experimento requerir muita 
manipulação. 
 
 
Referências 
[1] Prática 6 – Pressão de Vapor de Líquidos. UniVap. Disponível em: < 
https://www1.univap.br/spilling/FQE1/FQE1_EXP6_PressaoVaporLiquidos.pdf>. 
[2] Roteiro da prática experimental disponível no AVA. 
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