Contextualização

A pressão de vapor desempenha um papel fundamental na nossa vida cotidiana, apesar de muitas vezes passar despercebida. Por exemplo, quando aquecemos uma panela de água para ferver, estamos essencialmente incrementando a pressão de vapor da água até que ela iguale a pressão atmosférica, permitindo que a água se transforme em estado gasoso. Alternativamente, quando suamos, a pressão de vapor do suor permite que ele evapore, resfriando nosso corpo. Consequentemente, a compreensão deste conceito é crucial para a nossa apreciação da química em geral.

Pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor em equilíbrio com sua fase condensada (líquida ou sólida) em uma temperatura dada. É uma medida de quão facilmente as moléculas de um líquido ou sólido podem escapar à fase gasosa. A pressão de vapor é uma propriedade intensiva, ou seja, independe da quantidade de substância, e aumenta com a temperatura, fato que pode ser explicado pelo aumento da energia cinética das moléculas com a temperatura.

Quando temos uma mistura de líquidos, o conceito de pressão de vapor é aplicado a cada componente da mistura, levando-se em conta a sua fração molar na mistura. Isso permite compreender, por exemplo, como os combustíveis funcionam, uma vez que estes normalmente são misturas de hidrocarbonetos com diferentes pressões de vapor.

Introdução Teórica

Pressão de vapor é um conceito fundamental na termodinâmica e é a chave para entender o comportamento das substâncias nas transições de fase. A pressão de vapor de uma substância é a pressão exercida pelo gás ou vapor que se forma acima de um líquido ou sólido, em um recipiente fechado, quando este gás ou vapor está em equilíbrio dinâmico com o líquido ou sólido, à uma temperatura constante.

Para que haja esse equilíbrio, a quantidade de moléculas que passam da fase líquida para a fase de vapor é igual à quantidade de moléculas que passam da fase de vapor para a fase líquida. A pressão de vapor depende da natureza da substância e da temperatura à qual o sistema está submetido.

Em uma mistura de líquidos, a pressão de vapor total é a soma das pressões de vapor de cada componente. Isso leva ao conceito de pressão de vapor parcial, que depende da fração molar do componente na mistura.

Para um determinado líquido ou sólido, a pressão de vapor aumenta com a temperatura. Isso acontece porque, à medida que a temperatura aumenta, as moléculas têm mais energia para se transformarem em vapor. No entanto, mesmo a uma dada temperatura, diferentes substâncias terão diferentes pressões de vapor, dependendo de quão fortes são as forças intermoleculares nelas.

Atividade Prática

Título da Atividade: Pressão de Vapor em Ação

Objetivo do Projeto

O objetivo desta atividade é permitir que os alunos pratiquem conceitos aprendidos sobre pressão de vapor, através da realização de experimentos para medir a pressão de vapor de diferentes líquidos, sob diferentes condições, o que os auxiliará a entender o comportamento das substâncias nas transições de fase.

Descrição do Projeto

Os alunos irão medir a pressão de vapor de diferentes líquidos a diferentes temperaturas, e explorar a relação entre pressão de vapor, temperatura e forças intermoleculares. Eles também irão explorar como a pressão de vapor se comporta em uma mistura de líquidos.

Materiais Necessários

1. Vários líquidos: água, éter etílico, álcool isopropílico, álcool etílico e acetona.
2. Termômetro.
3. Balões.
4. Vasilha para aquecimento dos líquidos.
5. Equipamento de segurança: óculos, luvas e avental.
6. Cronômetro.

Passos Detalhados

Atenção: Este experimento deve ser realizado sob a supervisão de um professor ou responsável. Alguns dos líquidos usados são inflamáveis e/ou perigosos se ingeridos. A segurança deve ser a prioridade.

1. Divida-se em grupos de 3 a 5 alunos.
2. Selecione um dos líquidos e registre a temperatura inicial.
3. Encha um balão com o líquido escolhido.
4. Coloque o balão em uma vasilha com água em temperatura ambiente e registre o tempo que o balão leva para esvaziar. Este tempo representa a taxa de evaporação do líquido.
5. Repita os passos 3 e 4, mas agora aquecendo a vasilha com água. Registre a temperatura e o tempo.
6. Repita o experimento para todos os líquidos.
7. Agora, faça uma mistura de dois líquidos em proporções iguais e repita os passos 3 a 6.
8. Discuta os resultados com o grupo e escreva um relatório.

Nota: A ideia é que, ao aquecer o líquido, o tempo que o balão leva para esvaziar (ou seja, a taxa de evaporação) diminua, o que reflete o aumento da pressão de vapor. Os diferentes líquidos terão diferentes taxas de evaporação, o que reflete suas diferentes pressões de vapor. Para a mistura de líquidos, a taxa de evaporação será alguma combinação das taxas dos componentes individuais, refletindo as pressões de vapor individuais.

Entregas do Projeto

Deverão ser entregues:

1. Apresentação de slides sobre a atividade.
2. Relatório escrito com as seções Introdução, Desenvolvimento, Conclusões e Bibliografia.

No relatório, os alunos devem:

• Introduzir o conceito de pressão de vapor e seu contexto aplicado;
• Descrever a atividade realizada, explicando a metodologia usada e os resultados obtidos;
• Discussão e reflexão sobre os resultados e os conceitos aprendidos;
• Citando as fontes de informação usadas.

Este relatório é uma chance para os alunos desenvolverem habilidades de escrita científica e de sintetização de conceitos teóricos e práticos. Durante a escrita do relatório, os alunos devem demonstrar uma compreensão clara do conceito de pressão de vapor e sua relação com a temperatura e as forças intermoleculares.

O relatório também deve incluir uma análise detalhada dos dados coletados durante o experimento, com gráficos representando a relação entre pressão de vapor e temperatura para cada líquido, e uma discussão sobre o comportamento da pressão de vapor na mistura de líquidos.