EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO 
 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DA PRÁTICA: 
EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR 
 
 
 
 
 
Aluno: Vítor Patrício da Silva Medeiros – 2017210275. 
Disciplina: Físico-Química Experimental. 
Professor: Antonio Luciano. 
 
 
 
Seropédica/RJ 
2019 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
Quando um líquido é colocado em um recipiente fechado e sob vácuo, 
suas moléculas escapam da fase líquida para a fase gasosa até que se atinja 
um equilíbrio a uma dada temperatura. Esse equilíbrio é dinâmico, com 
moléculas passando do estado vapor ao estado líquido e vice-versa. A pressão 
de vapor é definida como a pressão exercida por esse vapor em equilíbrio com 
o líquido a essa dada temperatura (ATKINS, 2008). 
A pressão de vapor e a temperatura são diretamente proporcionais de 
modo que, com o aumento da temperatura, há maior quantidade de energia 
disponível para romper as forças que sustentam as moléculas unidas no estado 
líquido. Como consequência, haverá maior quantidade de vapor no recipiente, 
que se traduz no aumento da pressão de vapor. 
A relação de dependência entre a pressão de vapor e a temperatura pode 
ser representada a seguir, por meio da Equação de Clausius-Clapeyron: 
 
onde pvap representa a pressão de vapor do composto, p0 é a pressão 
padrão, ΔvapH, é a entalpia de vaporização, R é a constante dos gases ideais 
e T é a temperatura absoluta do sistema. 
A entalpia de vaporização corresponde ao calor de vaporização à pressão 
constante e tem valor sempre positivo, visto que uma mudança de fase do estado 
líquido para vapor requer fornecimento de energia (o processo é endotérmico). 
O valor de ΔvapH permite avaliar a intensidade das interações atrativas existentes 
no líquido (CASTELLAN, 1986). 
A atividade experimental desta prática é a determinação da entalpia de 
vaporização da água a partir de medidas de seus valores de pressão de vapor 
em diferentes temperaturas. Em que se baseia no princípio da igualdade da 
pressão sobre os dois meniscos, mantidos na mesma altura, de um líquido 
contido em um tubo em formato de "U", no qual uma das extremidades está 
fechada e saturada de vapor do líquido, enquanto que a outra se comunica com 
um equipamento de leitura. A partir dos resultados da pressão de vapor do lado 
fechado em função da temperatura, a entalpia de vaporização é determinada 
graficamente, recorrendo-se à Equação de Clausius-Clapeyron (SHOEMAKER, 
D.P.; RANGEL, R.N.,1998). 
Para compreender a equação Clausius-Clapeyron, é desenvolvido os 
seguintes cálculos. 
As deduções da equação de Clapeyron partem da condição de equilíbrio 
entre duas fases para uma substância pura e da igualdade de seus potenciais 
químicos, dado o equilíbrio líquido-vapor, 
XL ↔ XV os potenciais químicos são iguais, 
 
 
 
 
Pequenas alterações de pressão e temperatura conduzem a pequenas 
alterações nos potenciais químicos, idênticas para as duas fases 
 
o que implica em dμL = dμV 
A partir da Equação de Gibbs-Duhem, pode-se então escrever através 
das equações fundamentais da termodinâmica: 
 
Para as duas fases em equilíbrio ΔG = ΔH-TΔS = 0, o que implica em ΔS 
= ΔH/T, então 
 
Se a evaporação da substância ocorrer à pressão constante, a quantidade 
de calor necessária ΔQ para que ocorra a mudança de fase será igual à entalpia 
de evaporação ΔHvap, que é a energia necessária para essa conversão: 
𝛥𝑄 = 𝛥𝑣𝑎𝑝𝐻 
A entropia, por sua vez, está relacionada com a entalpia de vaporização: 
𝛥𝑣𝑎𝑝𝑆 =
𝛥𝑣𝑎𝑝𝐻𝑉
𝑇
 
 
Entende-se que o volume molar de um líquido é inúmeras vezes menor 
que o do gás, ΔvapV é aproximadamente igual ao volume molar do gás, obtendo-
se assim a seguinte expressão: 
dP
dT
= 
𝛥𝑣𝑎𝑝𝐻𝑉
𝑇(∆𝑉𝑉)
 
 
Considerando Vv aproximadamente 1000 x VL , temos assim: 
∆𝑉𝑉 = VV − VL 
𝑑𝑃
𝑑𝑇
= 
∆H
𝑇VV 
 
 
Considerando também que o vapor tem comportamento de um gás 
perfeito, podemos escrever seu volume molar tal como a equação dos gases 
ideais, dada por: 
VV = 
RT
P
 
 
 
 
E partindo do cálculo, sabe-se que: 
𝑑𝑃
𝑃
=
𝑑 ln 𝑃
𝑑𝑇
 
 
 Assim, obtém-se a equação de Clausius-Clapeyron, para o cálculo da 
entalpia de vaporização: 
 
𝑑𝑃
𝑑𝑇
= 
P∆HV
𝑅𝑇2
 
 
 
2. OBJETIVO 
Determinar a entalpia de vaporização da água e fazer a verificação 
experimental da equação de Clausius-Clapeyron. 
 
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Colocou-se o termômetro no balão. Em seguida, ligou-se a água do 
condensador e depois ligou-se o transformador e iniciou-se o aquecimento no 
banho térmico. Posteriormente, impôs-se uma pressão reduzida no interior do 
balão, através de uma bomba à vácuo, com uma diferença manométrica de 400 
mmHg. Verificou-se que não havia o vazamento na linha. Esperou-se a água 
entrar lentamente em ebulição, anotando-se a pressão e a temperatura de 
equilíbrio. Aumentou-se ligeiramente a pressão no interior do balão, em torno de 
40 mmHg, abrindo-se a torneira de admissão de ar, e anotou-se a nova 
temperatura e pressão de equilíbrio. Repetiu-se este procedimento até obter 
mais seis pontos experimentais, resultando ao final, 6 valores diferentes de 
pressão e temperatura. 
 
3.1 MATERIAIS 
Os materiais utilizados na prática foram: 
 Balão de fundo redondo adaptado. 
 Termômetro. 
 Manta de aquecimento. 
 Bomba de vácuo. 
 Condensador. 
 Barômetro 
 Água. 
 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Os resultados podem ser observados a partir dos 6 valores obtidos 
experimentalmente, conforme verifica-se na Tabela 1. 
Pressão (mmHg) T (°C) T (K) 
360 80 353,15 
400 82 355,15 
440 85 358,15 
480 87 360,15 
520 89 362,15 
560 91 364,15 
Tabela 1 – Resultados obtidos experimentalmente pelo equilíbrio envolvendo pressão e 
temperatura. 
A Tabela 2, foi construída para o desenvolvimento do gráfico de equilíbrio 
líquido-vapor da água, a partir dos dados experimentais. 
1/T (K) Ln P 
0,00283 5,89 
0,00282 5,99 
0,00279 6,09 
0,00278 6,17 
0,00276 6,25 
0,00275 6,33 
Tabela 2 – Resultados obtidos experimentalmente para a construção do gráfico de equilíbrio. 
O gráfico a seguir foi construído, utilizando o método de regressão linear 
pela calculadora, para a obtenção do coeficiente angular e linear que compõe a 
equação a se obter o valor da entalpia de vaporização experimental, conforme 
demonstrado na Figura 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 – Gráfico de equilíbrio liquido-vapor pelo método de regressão linear. 
Através do gráfico pode-se extrair o valor da entalpia de vaporização da 
água com base na seguinte expressão, sabendo que: 
𝑡𝑔 𝛼 = 
𝑑 (ln 𝑃)
𝑑 ( 
1
𝑇)
= − 
∆𝐻𝑉
𝑅
 
Então por uma manipulação matemática, obteve-se: ∆𝐻𝑉 = −𝑅 𝑡𝑔 𝛼. 
Pode-se afirmar com base na forma geral da equação da reta, obteve-se 
a equação da reta pelas medidas experimentais e utilizando a construção gráfica: 
𝑦 = 𝑎 + 𝑏𝑥 
Com a equação: ln 𝑃 = 𝑎 +
∆𝐻𝑉
𝑅𝑇
 
Sabendo que tg α é obtida pelo gráfico, obteve-se o coeficiente angular 
da reta, sendo igual a b pela equação geral da reta, conforme demonstrado a 
seguir: 
𝑏 = −
∆𝐻𝑉
𝑅
 
Como já é conhecida a equação da reta do gráfico visto pela Figura 1, 
verificou-se: 
y = 20,327-5095,1x, sendo b= - 5095,1. 
Assim: ∆𝐻𝑉 = −𝑅 . 𝑏. Calculando: 
∆𝐻𝑉 = −8,314 𝑥 (−5095,1) 
∆𝐻𝑉 = 42,4 
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
 
Após a obtenção da entalpia de vaporização experimental, pode-se 
calcular o erro percentual em relação ao valor referencial da água. A referência 
proveniente da literatura, demonstra que a variação da entalpia de vaporização 
deve estar próximo de 44 KJ/mol. 
 
y = -5095,1x + 20,327
5,7
5,8
5,9
6
6,1
6,2
6,3
6,4
6,5
0,00272 0,00274 0,00276 0,00278 0,00280 0,00282 0,00284 0,00286
L
n
 P
1/T (K)
Pressão e temperatura no equilibrio líquido-
vapor
 
𝐸𝑟𝑟𝑜(%) = |
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 teórico 
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 teórico| × 100 
Substituindo os valores, calculou-se o desvio padrão: 
𝐸𝑟𝑟𝑜(%) = |
42,4 − 44 
44 
| × 100 = 3,64% 
Pode-se observar que a discrepância percentual em relação ao valor da 
entalpia de vaporização experimental da água comparado ao padrão da 
literatura, apresentou um erro de 3,64%, que está dentro do limite aceitável de 
15%. 
 
5. CONCLUSÃO 
Através desse experimento foi possível calcular e verificar 
experimentalmente a entalpia de vaporização da água através do equilíbrio 
líquido-vapor, e ainda, poder demonstrar o modo de calcular tal medida através 
da equação de Clausius Clapeyron, na qual sua utilização se faz necessária para 
o desenvolvimento da prática. Utilizou-se o método de regressão linear para que 
pudesse calcular a entalpia de vaporização e ainda ao final, obter uma 
construção gráfica pelos valores do experimento e por fim, extrair do mesmo os 
valores experimentais a serem calculados e observados pelo mesmo gráfico. A 
discrepância percentual da entalpia de vaporização foi cerca de 3,64% (42,4 
KJ/mol) comparado ao valor de referência pela literatura (44 KJ/mol), ou seja, 
encontra-se na margem aceitável de 15%. Isso se deve aos cuidados no 
manuseio da pratica e orientações fornecidas corretamente para que ocorresse 
o mínimo de erro possível ao procedimento experimental. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Atkins, P.; Paula, J.; Físico-Química, 8ª ed., LTC: Rio de Janeiro, 2008, vol. 1. 
Castellan, G.; Fundamentos de Físico-Química, LTC: Rio de Janeiro, 1986. 
Shoemaker, D. P.; Garland, C. W.; Experiments in physical chemistry, 4th ed., 
Mc Graw-Hill Book Company: NewYork, 1981. 
Rangel, R. N.; Práticas de Físico-Química, 2ª ed., Edgard Blucher: São Paulo, 
1998.