Lei de Raoult: o que é, desvios positivos e negativos

O Raoult foi proposto pelo químico francês François-Marie Raoult em 1887, e serve para explicar o comportamento da pressão de vapor de uma solução de dois (tipicamente ideais) substâncias imiscíveis de acordo com a pressão parcial de vapor de cada componente presente nisso.

Existem leis da química que são usadas para descrever o comportamento de substâncias em diferentes condições e explicar os fenômenos em que estão envolvidas, utilizando modelos matemáticos cientificamente comprovados. A lei de Raoult é uma delas.

Lei de Raoult: o que é, desvios positivos e negativos 1

François-Marie Raoult

Usando uma explicação baseada nas interações entre as moléculas de gases (ou líquidos) para prever o comportamento das pressões de vapor, esta lei é usada para estudar soluções reais ou não ideais, desde que sejam considerados os coeficientes necessários para corrigir o modelo Matemático e ajuste-o para condições não ideais.

Em que consiste?

A lei de Raoult baseia-se no pressuposto de que as soluções envolvidas se comportam idealmente: isso ocorre porque essa lei se baseia na idéia de que forças intermoleculares entre moléculas diferentes são iguais às de moléculas semelhantes (que não é tão bem sucedido na realidade).

De fato, quanto mais próxima a solução se aproxima da idealidade, maior a oportunidade que ela terá para cumprir as características propostas por esta lei.

Esta lei relaciona a pressão de vapor de uma solução com um soluto não volátil, declarando que será igual à pressão de vapor desse soluto puro a essa temperatura, multiplicada pela sua fração molar. Isso é expresso em termos matemáticos para um único componente da seguinte maneira:

P i = Pº i . X i

Nesta expressão P i é igual à pressão parcial de vapor do componente i na mistura de gás, Pº i é a pressão de vapor do componente puro i, e X i é a fracção molar do componente i na mistura.

Da mesma forma, quando existem vários componentes em uma solução e eles atingem um estado de equilíbrio, a pressão total de vapor da solução pode ser calculada combinando a lei de Raoult com a de Dalton:

P = Pº A X A + Pº B X B + Pº C X c

Além disso, nas soluções em que apenas um soluto e solvente estão presentes, a lei pode ser formulada da seguinte forma:

P A = (1-X B ) x Pº A

Desvios positivos e negativos

As soluções que podem ser estudadas com esta lei normalmente devem se comportar idealmente, uma vez que as interações entre suas moléculas são pequenas e permitem que as mesmas propriedades sejam assumidas em toda a solução, sem exceção.

No entanto, as soluções ideais são praticamente inexistentes na realidade; portanto, dois coeficientes devem ser incorporados nos cálculos que representam interações intermoleculares. Estes são o coeficiente de transitoriedade e o coeficiente de atividade.

Nesse sentido, os desvios da lei de Raoult são definidos como positivos ou negativos, dependendo dos resultados obtidos na época.

Desvios positivos

Desvios positivos da lei de Raoult ocorrem quando a pressão de vapor da solução é maior do que o calculado com a lei de Raoult.

Isso acontece quando as forças de coesão entre moléculas semelhantes são maiores que as mesmas forças entre moléculas diferentes. Nesse caso, os dois componentes vaporizam mais facilmente.

Esse desvio é visto na curva de pressão de vapor como um ponto máximo em uma composição específica, formando um azeótropo positivo.

O azeótropo é uma mistura líquida de dois ou mais compostos químicos que se comporta como se fosse formado por um único componente e evapora sem alterar sua composição.

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Desvios negativos

Desvios negativos da lei de Raoult ocorrem quando a pressão de vapor da mistura é menor do que o esperado após o cálculo com a lei.

Esses desvios aparecem quando as forças de coesão entre as moléculas na mistura são maiores que as forças médias entre as partículas dos líquidos em seu estado puro.

Esse tipo de desvio gera uma retenção de cada componente em seu estado líquido por forças atrativas maiores que as da substância em seu estado puro, de modo que a pressão parcial de vapor do sistema é reduzida.

Os azeótropos negativos nas curvas de pressão de vapor representam um ponto mínimo e demonstram uma afinidade entre os dois ou mais componentes envolvidos na mistura.

Exemplos

A lei de Raoult é comumente usada para calcular a pressão de uma solução com base em suas forças intermoleculares, comparando os valores calculados com os valores reais para concluir se há algum desvio e se deve ser positivo ou negativo. Abaixo estão dois exemplos de usos da lei de Raoult:

Mix básico

A seguinte mistura, composta por propano e butano, representa uma aproximação da pressão de vapor, e podemos assumir que ambos os componentes estão em proporções iguais dentro deste (50-50), a uma temperatura de 40 ° C:

X propano = 0,5

propano = 1352,1 kPa

X butano = 0,5

butano = 377,6 kPa

É calculado com a lei de Raoult:

Mistura P = (0,5 x 377,6 kPa) + (0,5 x 1352,1 kPa)

Pelo que:

Mistura P = 864,8 kPa

Mistura binária com soluto não volátil

Às vezes acontece que o soluto da mistura é não volátil, portanto a lei é usada para entender o comportamento da pressão de vapor.

Dada uma mistura de água e açúcar nas proporções de 95% e 5%, respectivamente, e em condições normais de temperatura:

X água = 0,95

água = 2,34 kPa

X açúcar = 0,05

Pº de açúcar = 0 kPa

É calculado com a lei de Raoult:

Mistura P = (0,95 x 2,34 kPa) + (0,05 x 0 kPa)

Pelo que:

Mistura P = 2,22 kPa

Claramente, houve uma depressão da pressão do vapor de água devido a forças intermoleculares.

Referências

  1. Anne Marie Helmenstine, P. (sf). Definição da lei de Raoult. Obtido em thoughtco.com
  2. ChemGuide (sf). Lei de Raoult e solutos não voláteis. Obtido em chemguide.co.uk
  3. LibreTexts. (sf). Lei de Raoult e misturas ideais de líquidos. Obtido em chem.libretexts.org
  4. Neutrium (sf). Lei de Raoult. Obtido em neutrium.net
  5. Wikipedia (sf). Lei de Raoult. Obtido em en.wikipedia.org

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