Calculadora de Pressão de Vapor: Estime a Volatilidade de Substâncias

Calculadora de pressão de vapor

Uma calculadora de pressão de vapor estima a pressão que o vapor de um líquido exerce quando o líquido e o vapor estão em equilíbrio a uma determinada temperatura. Esta ferramenta usa a equação de Antoine para calcular essa pressão, em milímetros de mercúrio (mmHg), para oito substâncias comuns: água, metanol, etanol, acetona, benzeno, tolueno, clorofórmio e éter dietílico.

O que é pressão de vapor?

Todo líquido tem moléculas que se movem em velocidades diferentes. Algumas das mais rápidas, na superfície, se libertam e se transformam em gás, mesmo sem entrar em ebulição. Esse gás que escapa acumula pressão acima do líquido e, por fim, a taxa de moléculas que deixam o líquido se iguala à taxa de moléculas que retornam a ele. A pressão nesse ponto de equilíbrio é a pressão de vapor.

Um líquido com alta pressão de vapor evapora rapidamente, porque muitas de suas moléculas escapam com facilidade. A acetona e o éter dietílico são exemplos: evaporam rapidamente à temperatura ambiente. A água tem uma pressão de vapor menor à temperatura ambiente e evapora mais lentamente.

A pressão de vapor aumenta à medida que a temperatura sobe. Moléculas mais quentes se movem mais rapidamente, portanto mais delas têm energia suficiente para escapar do líquido. Essa relação não é linear; a pressão de vapor aumenta cada vez mais rápido à medida que a temperatura sobe.

Fórmula da pressão de vapor: a equação de Antoine

A calculadora usa a equação de Antoine, uma fórmula ajustada a dados medidos reais de cada substância:

$\log_{10}(P) = A - \frac{B}{C + T}$

• P é a pressão de vapor, em mmHg
• T é a temperatura, em °C
• A, B e C são constantes exclusivas de cada substância, determinadas pelo ajuste da equação a medições de laboratório

As constantes de cada substância só funcionam corretamente dentro de uma faixa de temperatura específica. Fora dessa faixa, a equação pode produzir uma resposta incorreta, portanto a calculadora não fará o cálculo.

Constantes de Antoine usadas por esta calculadora

Como usar a calculadora de pressão de vapor

1. Escolha uma substância no menu suspenso.
2. Insira uma temperatura em °C. Ela deve estar dentro da faixa válida da substância, exibida abaixo do campo de entrada.
3. Leia o resultado da pressão de vapor em mmHg.
4. Consulte o painel da fórmula para ver os valores exatos usados no cálculo.
5. Pressione "Copiar" para copiar o resultado.

Se a temperatura estiver fora da faixa válida, a calculadora exibirá uma mensagem de erro em vez de um resultado, porque a equação de Antoine não é confiável nesse intervalo.

Como calcular a pressão de vapor: exemplo resolvido

Determine a pressão de vapor da água a 25 °C.

Etapa 1: obtenha as constantes da água. A = 8,07131, B = 1730,63, C = 233,426

Etapa 2: substitua os valores na equação.

$\log_{10}(P) = 8.07131 - \frac{1730.63}{233.426 + 25} = 8.07131 - \frac{1730.63}{258.426} = 1.3745$

Etapa 3: desfaça o logaritmo.

$P = 10^{1.3745} \approx 23.7 \text{ mmHg}$

A pressão de vapor da água a 25 °C é de cerca de 23,7 mmHg. Isso é muito menor que a pressão atmosférica normal (760 mmHg ao nível do mar), e por isso a água líquida não ferve à temperatura ambiente.

Como verificação da fórmula: a 100 °C, a mesma equação fornece uma pressão de vapor de aproximadamente 760 mmHg para a água, correspondendo ao seu ponto de ebulição conhecido ao nível do mar.

Pressão de vapor de substâncias comuns a 25 °C

A acetona e o éter dietílico têm pressões de vapor muito mais altas que a água à mesma temperatura. Por isso evaporam mais rapidamente e dão uma sensação mais fria na pele: a evaporação rápida remove calor rapidamente.

Interpretação do resultado

• Uma pressão de vapor mais alta significa que a substância evapora mais facilmente nessa temperatura.
• Uma pressão de vapor mais baixa significa que a substância tende a permanecer líquida com mais facilidade.
• Um líquido entra em ebulição à temperatura em que sua pressão de vapor se iguala à pressão ao redor. Ao nível do mar, essa pressão é de aproximadamente 760 mmHg (1 atmosfera).

Onde a pressão de vapor é importante

A pressão de vapor orienta muitas atividades práticas. Engenheiros químicos a utilizam para projetar colunas de destilação, que separam líquidos vaporizando primeiro o mais volátil. Ela influencia a construção de tanques de armazenamento de solventes e combustíveis, pois um líquido com alta pressão de vapor pode acumular uma pressão perigosa em um recipiente fechado. Cientistas ambientais a utilizam para prever se um poluente evaporará da água para o ar. Farmacêuticos a utilizam para avaliar como um medicamento líquido se comportará em sua embalagem. Profissionais de laboratório a utilizam para escolher condições seguras para a destilação a vácuo e a evaporação rotativa, além de avaliar como armazenar produtos químicos voláteis com segurança.

Outras formas de determinar a pressão de vapor

A equação de Antoine é um dos vários métodos:

• A equação de Clausius-Clapeyron é uma fórmula mais fundamental que relaciona a pressão de vapor à temperatura e ao calor necessário para vaporizar a substância.
• A equação de Wagner abrange faixas de temperatura mais amplas, mas exige mais constantes de entrada.
• A medição direta em laboratório, usando dispositivos como um isoteniscópio, fornece o ponto de dado individual mais confiável.
• Os métodos de contribuição de grupos estimam a pressão de vapor a partir da estrutura de uma molécula quando não existem dados experimentais.

História

A pressão de vapor como ideia formal surgiu dos trabalhos do século 19 sobre calor e gases. Benoît Paul Émile Clapeyron e Rudolf Clausius desenvolveram a equação de Clausius-Clapeyron na década de 1830, relacionando a pressão de vapor com a temperatura e o calor latente. Em 1888, o engenheiro francês Louis Charles Antoine publicou a correlação mais simples que leva o seu nome. Ela abre mão de parte do embasamento teórico em troca da facilidade de uso, e por isso continua comum em livros didáticos e calculadoras até hoje.

Perguntas frequentes

O que é pressão de vapor em termos simples? É a pressão do gás que se forma acima de um líquido quando o líquido e o seu gás estão em equilíbrio, a uma temperatura determinada. Uma substância com pressão de vapor alta evapora com facilidade.

Como a temperatura afeta a pressão de vapor? A pressão de vapor aumenta quando a temperatura aumenta, e cresce cada vez mais rápido, em vez de seguir uma reta. Moléculas mais quentes se movem mais depressa, e mais delas conseguem escapar da superfície do líquido.

Qual é a diferença entre pressão de vapor e pressão atmosférica? A pressão de vapor vem das moléculas de uma única substância que escapam para a forma gasosa. A pressão atmosférica é a pressão combinada de todos os gases do ar acima de um local. Um líquido ferve quando sua pressão de vapor atinge a pressão atmosférica ao redor.

Por que a pressão de vapor importa na destilação? A destilação separa líquidos por suas diferentes pressões de vapor. A substância com maior pressão de vapor evapora primeiro e pode ser coletada à parte.

Qual é a precisão da equação de Antoine? Dentro da faixa de temperatura indicada para uma substância, ela costuma concordar com a pressão de vapor medida com diferença de poucos por cento. Fora dessa faixa, a precisão cai, e por isso esta calculadora bloqueia cálculos fora da faixa válida de cada substância.

Esta calculadora funciona para misturas? Não. Ela calcula a pressão de vapor apenas de substâncias puras. As misturas seguem a lei de Raoult, em que a pressão parcial de vapor de cada componente depende de sua participação na mistura, e as misturas não ideais exigem fatores de correção adicionais.

Referências

1. National Institute of Standards and Technology. Water: Phase change data (NIST Chemistry WebBook, SRD 69). NIST Chemistry WebBook: água — equação de Antoine log₁₀(P) = A − B/(T + C), com coeficientes calculados pelo NIST a partir de dados medidos.
2. National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Appendix B.8: Factors for Units Listed Alphabetically. NIST SP 811, Apêndice B.8 — 1 atmosfera padrão = 101.325 Pa e 1 mmHg = 133,3224 Pa, portanto 1 atm = 760 mmHg.
3. Observatoire de Paris. An Etymological Dictionary of Astronomy and Astrophysics: Antoine equation. Equação de Antoine — a equação recebe o nome de Louis Charles Antoine, engenheiro francês que a deduziu.
4. Académie des sciences. Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences, vol. 107, sessão de 29 de outubro de 1888 (digitalização no Internet Archive). Comptes rendus, 29 de outubro de 1888 — Ch. Antoine, "Tensions des vapeurs : nouvelle relation entre les tensions et les températures", pp. 681–684.