Ponto de ebulição e temperatura: relação crítica, saturação e temperatura de destilação

Neste artigo, vamos refletir sobre a relação entre o ponto de ebulição e a temperatura levando em conta as diferentes condições.

Assim como um ponto de fusão, o ponto de ebulição do líquido é uma temperatura adquirida pelo líquido devido à aplicação da energia térmica fornecida ao líquido para transformar sua fase do estado líquido para o gasoso.

Ponto de ebulição e relação de temperatura

A relação entre o ponto de ebulição e a temperatura do líquido é dada pela equação de Clausius – Clapeyron:-

Onde T₂ é a temperatura na qual o líquido começa a ferver

T₁ é o ponto de ebulição do líquido

R é uma constante de gás ideal que é igual a 8.314 J/mol K

P é um pressão de vapor de um líquido

P₀ é uma pressão correspondente a T₂

ΔH_vap é o calor de vaporização de um líquido

A equação Clausius – Clapeyron representa a relação entre as condições de temperatura e pressão ao longo da linha de equilíbrio de fases.

Podemos escrever a equação para o ponto de ebulição da equação acima como

T₁=1/T₂-R ln P/P0 ΔH_vap ^-1

De acordo com o qual, o ponto de ebulição de um líquido depende diretamente da temperatura de um líquido.

O calor de vaporização é a quantidade de energia térmica necessária para ser fornecida a uma unidade de volume de líquido para convertê-lo em vapor mantendo a temperatura constante.

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Exemplo: Calcule o ponto de ebulição da mistura de sal com água mantida à pressão atmosférica. A temperatura de ebulição da mistura é de 110 graus Celsius e a pressão de vapor é de 4.24 atm. O calor de vaporização é 3420 J/g.

Dado: T = 110⁰ C

R = 8.314 J/mol K

P = 4.24 atm

P₀ = 1 atm

ΔH_vap=3420J/g

A ponto de ebulição do líquido é dado pela relação

T_B=1/T – R ln P/P₀ ΔH_vap^-1

Onde T_B é o ponto de ebulição da solução.

Inserindo todos os valores na equação acima, temos,

T_B=1/110 – 8.314 ln 4.24/1 3420 ^-1

=1/110-8.314*1.445 * 3420^-1

=9.09-3.51 * 10^-3-1

=(5.58 * 10^-3 )^-1

= 10³ * 5.58

=179.21C

Esta é a ebulição da mistura de sal e água.

A ponto de ebulição depende da temperatura e da pressão e o calor de vaporização do líquido. Em altitudes mais altas, o tempo necessário para ferver a água é menor do que o tempo normal necessário para a água ferver, isso ocorre porque a pressão na área de alta montanha é maior e, portanto, a água ferve em baixa temperatura.

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Ponto de ebulição e temperatura crítica

À medida que a energia térmica fornecida ao líquido aumenta, a temperatura do líquido aumenta. Essa energia térmica é necessária para que as ligações covalentes entre os átomos se separem, essenciais para converter a fase do líquido em gasoso.

Em um determinado ponto, a temperatura adquirida pelo líquido é suficiente para alterar sua fase é chamada de temperatura crítica. Durante este tempo, a temperatura do líquido não aumenta mais e a energia térmica é liberada junto com o vapor gerado na fervura do líquido.

Para todos os líquidos, o ponto de ebulição e a temperatura crítica variam. Isso se deve ao fato de que a constituição do elemento e, portanto, a energia necessária para a formação de ligações entre os átomos varia, portanto, a quantidade de energia de variação é necessária para quebrar as ligações entre os diferentes componentes químicos.

Um exemplo simples que posso dar é ferver o leite adicionando um pouco de água. Quando a temperatura atinge 100⁰ C, a água presente no recipiente de leite começará a evaporar deixando para trás o leite, e depois de algum tempo, o leite começará a ferver.

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Ponto de ebulição e temperatura de saturação

A temperatura de saturação é uma temperatura final acima da qual a temperatura do líquido não pode subir. Na verdade, é o ponto de ebulição do líquido, uma temperatura na qual ocorre a mudança de fase do líquido.

Depois de atingir a temperatura de saturação, a temperatura do líquido não aumenta mais. Isso ocorre porque a energia térmica externa fornecida ao líquido é liberada no processo de mudança de fase. Essa energia é captada pelos vapores formados e evaporados para cima.

Você sabe que a água começa a ferver a 100 graus Celsius e pode aumentar ainda mais a temperatura até 100.52 graus Celsius. Este aumento no ponto de ebulição da água é uma temperatura de saturação até a qual a água pode ferver. Da mesma forma, a temperatura inicial na qual a gasolina ferve é de 35 graus Celsius ou 95⁰ F e a temperatura final de ebulição é 200⁰C ou 395⁰F.

Além da temperatura de saturação, você não verá um aumento adicional na temperatura de ebulição do líquido, pois a energia térmica será fornecida às moléculas do líquido que tomarão essa energia extra e utilizarão para escapar do líquido na forma de vapores.

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Ponto de ebulição e temperatura de destilação

O processo de converter o líquido na forma de vapor e, em seguida, obter os vapores de volta ao estado líquido na condensação é chamado de destilação. A temperatura constante na qual o líquido se transforma em vapor e volta ao líquido é chamada de temperatura de destilação.

Este é um método usado para separar o líquido da mistura ou para remover as impurezas do líquido. Como a energia térmica adquirida pelo líquido é suficiente, a temperatura do líquido atinge o ponto de ebulição. A partir daí, o vapor é gerado na forma de vapores que são evaporados verticalmente para cima. Este vapor evaporado é coletado no recipiente mantido a uma certa pressão, de modo que esses vapores se condensam para se transformarem no estado líquido.

Você deve ter notado, o vapor coletado na tampa da panela ao cozinhar um curry. A água adicionada ao curry é liberada na forma de vapor uma vez que o temperatura atinge o ponto de ebulição de água. O vapor coletado na tampa retorna ao recipiente principal condensando o vapor novamente na água. Esse processo continua até que a temperatura do curry seja alta o suficiente para fornecer energia térmica às moléculas de água para escapar do curry.

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Perguntas Frequentes

Qual é a mudança no ponto de ebulição de 150 ml de água ao adicionar 25 gramas de sal a uma temperatura de 44⁰C?

Suponha que a densidade da água à temperatura 44⁰C é 0.8 g/ml.

A constante de elevação do ponto de ebulição da água é

k_b= 0.57⁰C

A massa atômica do sódio é 22.99

A massa atômica do cloro é 35.45

Portanto, a massa atômica do NaCl é 22.99 + 35.45 = 58.44

Assim, os mols de sal adicionados à água fervente são

Mols de NaCl = 25g*1mol/58.44g

Mols de NaCl = 0.4278 mol

O peso da água na temperatura T = 44⁰C é

Densidade ϱ = M/V

Portanto, M = ϱV

M=0.8\vezes 150=0.12kg

A molalidade do soluto no solvente é

m = mols de soluto/massa de solvente

m=0.4278/0.12=3.565 mol/kg

A mudança na temperatura do ponto de ebulição ao adicionar o sal à água é dada por

Δ T = ik_bm

Onde i é um fator de Van't Hoff que é definido como a quantidade de dissociação do soluto no solvente. Aqui, o soluto é um cloreto de sódio e a água é um solvente. Assim, dois íons de NaCl se dissociarão na água e serão completamente dissolvidos na água. Portanto, o fator Van't Hoff aqui é 2.

Δ T=2*0.51*3.565=3.63⁰C

Assim, o ponto de ebulição da água será aumentado para 3.65⁰C.

O ponto de ebulição da mistura será 104.15⁰C.

A presença de impurezas em um líquido aumenta seu ponto de ebulição?

Esta é definitivamente a verdade; as impurezas presentes no líquido aumentam a temperatura de ebulição.

A energia térmica fornecida ao líquido é absorvida pelas impurezas presentes no líquido, aumentando assim a temperatura necessária para o líquido ferver.

Se você adicionar uma solução 'X' com uma temperatura de 28⁰ C para a solução em ebulição 'X' atingida a uma temperatura de 65⁰ C, então o ponto de ebulição da solução será diferente?

O ponto de ebulição de cada solução é sempre o mesmo e pode variar apenas se a pressão do líquido for diferente.

Ao adicionar a solução com baixo calor em comparação com a solução em ebulição, a energia térmica será fornecida à solução adicionada no recipiente. Mais quantidade de energia térmica será necessária para atingir um ponto de ebulição, mas a temperatura do ponto de ebulição permanecerá a mesma.

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