10) Calcule Q, W, ΔH, ΔU para a vaporização de 2 g de H2O, a 100 oC e pressão de 1,0 atm sabendo que o ΔvapHo da água é de 2260 J/g. Assuma que há ...

Para calcular Q, W, ΔH e ΔU para a vaporização de 2 g de H2O, a 100 oC e pressão de 1,0 atm, podemos usar as seguintes equações: Q = m * ΔHvap W = -PΔV ΔH = Qp ΔU = Q - W Onde: - Q é o calor envolvido na vaporização - m é a massa da água - ΔHvap é a entalpia de vaporização da água - W é o trabalho realizado pelo sistema - P é a pressão - ΔV é a variação de volume - ΔH é a variação de entalpia - ΔU é a variação de energia interna Substituindo os valores dados na equação, temos: Q = 2 g * 2260 J/g = 4520 J W = -1,0 atm * (2 g / 0,9588 g/mL) * (RT / MMH2O) * ln(Vf / Vi) Onde: - Vi é o volume inicial da água líquida - Vf é o volume final do vapor de água - R é a constante dos gases ideais - T é a temperatura em Kelvin Assumindo que a água líquida e o vapor de água estão em equilíbrio, podemos usar a equação de Clapeyron para encontrar Vf: ln(Pf / Pi) = ΔHvap / R * (1 / Ti - 1 / Tf) Onde: - Pf é a pressão final do vapor de água - Pi é a pressão inicial da água líquida - Ti é a temperatura inicial da água líquida - Tf é a temperatura final do vapor de água Substituindo os valores, temos: ln(1,0 atm / 1,0 atm) = 2260 J/g / (0,082 atmL/mol.K) * (1 / 373 K - 1 / Tf) Tf = 373 K / (1 + ln(1,0 atm / 1,0 atm) * 0,082 atmL/mol.K / 2260 J/g) = 373,2 K Assumindo que a densidade do vapor de água é negligenciável em relação à densidade da água líquida, podemos encontrar Vf: Vf = 2 g / 0,9588 g/mL * (1 mL / 1000 L) = 0,00209 L Substituindo os valores na equação de W, temos: W = -1,0 atm * (2 g / 0,9588 g/mL) * (0,082 atmL/mol.K * 373 K / 18 g/mol) * ln(0,00209 L / 0,02 L) = 1,69 J Substituindo os valores de Q e W nas equações de ΔH e ΔU, temos: ΔH = Qp = 2260 J ΔU = Q - W = 4520 J - 1,69 J = 2258,3 J Interpretando os resultados, podemos dizer que a vaporização de 2 g de H2O a 100 oC e pressão de 1,0 atm requer um calor de 2260 J e realiza um trabalho de 1,69 J. A variação de entalpia é igual ao calor envolvido na vaporização, enquanto a variação de energia interna é igual ao calor menos o trabalho realizado pelo sistema.