aula 4 balnce de matria
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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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Balano de Massa e Energia Aula 4
Gases e Vapores Diagrama de Fases
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Balano de Massa e Energia Aula 4
Gases e Vapores Diagrama de Fases
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
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Balano de Massa e Energia Aula 4
Gases e Vapores Diagrama de Fases
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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Gases e Vapores Diagrama de Fases
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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Gases e Vapores Diagrama de Fases
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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Balano de Massa e Energia Aula 4
Gases e Vapores Diagrama de Fases
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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Gases e Vapores Diagrama de Fases
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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Balano de Massa e Energia Aula 4
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
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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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Balano de Massa e Energia Aula 4
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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Aplicao da Estimativa da Presso de Vapor
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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Aplicao da Estimativa da Presso de Vapor
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