Ponto de ebulição: conceito, cálculo e exemplos - Ciência - 2023

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o ponto de ebulição É a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido é igual à pressão atmosférica no local ou compartimento. O líquido se transforma em vapor. Durante esta fase, aparecem bolhas que sobem em direção à superfície do líquido e escapam para o ar.

Por outro lado, o ponto de ebulição normal ou padrão é a temperatura na qual um líquido ferve ao nível do mar; isto é, em uma atmosfera de pressão (101,325 kPa). Enquanto isso, o IUPAC (1982) define o ponto de ebulição como a temperatura na qual um líquido ferve a uma pressão de 100.000 kPa.

O ponto de ebulição normal da água é 99,97ºC. Mas, no pico do Monte Everest, a uma altura acima do nível do mar de 8.848 me uma pressão atmosférica de 34 kPa, é de 71 ºC. O ponto de ebulição padrão recomendado pela IUPAC é 99,61ºC a uma pressão de 100,00 kPa (1 bar).

Do exposto, segue-se que a pressão atmosférica é um fator determinante no valor do ponto de ebulição, pois é a pressão que um líquido deve atingir para ferver. Quanto mais alta a pressão atmosférica à qual um líquido é exposto, maior seu ponto de ebulição. O oposto também é verdadeiro.

Como calcular o ponto de ebulição?

Tomando a água como exemplo, uma maneira simples de calcular o valor do ponto de ebulição é usando uma de suas propriedades coligativas; isto é, o aumento de seu ponto de ebulição devido à presença de solutos na solução aquosa.

O ponto de ebulição da água aumenta com a adição de solutos, devido à interação entre as moléculas de água e as moléculas de solutos.

O aumento do ponto de ebulição da água é dado pela seguinte expressão matemática:

ΔT_e = K_e · m

ΔT_e = variação do ponto de ebulição

K_e = constante de ebulição

m = molalidade da solução

Aumento do ponto de ebulição

O ponto de ebulição em si não pode ser calculado, mas determinado. No entanto, a equação acima permite calcular o aumento neste valor. O seguinte exercício esclarece isso:

- Exercício

Calcule a variação do ponto de ebulição da água adicionando 30 g de cloreto de sódio (NaCl) a 250 g de água, sabendo que a constante de ebulição (Ke) tem o valor de 0,52 ºC · Kg / mol. Peso molecular de NaCl = 58,5 g / mol.

Se o ponto de ebulição da água for 100 ºC: Qual será o valor do ponto de ebulição da solução de NaCl?

Primeiro passo

Cálculo dos moles de NaCl:

moles de NaCl = 30 g / (58,5 g / mol)

= 0,513 moles

Segundo passo

Cálculo da molalidade da solução:

0,513 moles de NaCl são dissolvidos em 300 g de água. Para obter a molalidade da solução, os moles de NaCl são ajustados para 1.000 g (kg).

Moles de solutos / kg de água (molalidade) = (0,513 moles / 300 g de água) · (1000 g de água / kg de água)

= 1,71 moles / kg de água

Terceiro passo

Cálculo do aumento do ponto de ebulição devido à adição de NaCl:

ΔT_e = m K_e

ΔT_e = 1,71 (mol / kg de água) · 0,52 ºC · (kg de água / mol)

= 0,889 ºC

Quarto passo

Cálculo do ponto de ebulição da solução de NaCl:

T_eNaCl = T_eH₂O + ΔTe

= 100 ºC + 0,889 ºC

= 100,889 ºC

Exemplos de pontos de ebulição

Água

O ponto de ebulição normal da água é 99,97ºC. Este valor é relativamente alto devido ao pequeno tamanho de sua molécula. No entanto, isso é explicado por sua polaridade incomum e sua capacidade de estabelecer ligações de hidrogênio com moléculas vizinhas ou relacionadas.

O átomo de oxigênio tem uma afinidade maior por elétrons do que o átomo de hidrogênio. Portanto, os elétrons da ligação covalente O-H se movem em direção ao oxigênio, deixando-o com carga negativa; enquanto o átomo de hidrogênio carrega positivamente.

Em conseqüência disso, as moléculas de água são dipolos que podem interagir com outras moléculas de água, constituindo uma força intermolecular que contribui para o aumento do ponto de ebulição. Além disso, a água usa o átomo de oxigênio para formar ligações de hidrogênio com outras moléculas de água (H₂OH OH).

Álcool

Os álcoois possuem grupos OH em sua estrutura. Esses grupos são polares, o que gera a interação dipolo-dipolo entre moléculas semelhantes. Os álcoois também podem formar ligações de hidrogênio. Essas duas interações representam as principais contribuições para as forças intermoleculares.

Essas forças explicam por que os pontos de ebulição dos álcoois são mais altos do que os hidrocarbonetos correspondentes. Os principais fatores que determinam os pontos de ebulição nos álcoois são a massa molecular e sua estrutura.

O ponto de ebulição aumenta com o aumento do número de átomos de carbono e diminui com a ramificação. Por exemplo: o etanol tem um ponto de ebulição de 78,37ºC, mas o metanol tem um ponto de ebulição de 66ºC e o álcool isopropílico tem um ponto de ebulição de 80,3ºC.

Óleos

Os óleos se decompõem com o aquecimento antes de atingirem o ponto de ebulição ou ebulição, então as estimativas de seus pontos de ebulição são escassas e imprecisas. O ponto de ebulição estimado para o óleo de soja é de 300ºC.

Em vez de pontos de ebulição, sua fumaça ou pontos de queima são relatados. Estes são obtidos aquecendo um óleo a uma determinada temperatura, na qual surge uma fumaça azulada, indicativa do início da decomposição do óleo.

A seguir estão exemplos do ponto de fumaça de alguns óleos: óleo de amêndoa 221 ° C; óleo de canola 220 ° C; óleo de coco 232 ° C; e azeite (virgem) 210 ºC.

Ouro

O ouro é um metal precioso com densidade de 19,32 g / cm³. Possui alto ponto de ebulição, devido à presença da ligação metálica. No entanto, existem discrepâncias entre os valores relatados para seu ponto de ebulição, que talvez reflitam diferenças no grau de pureza das amostras de ouro submetidas ao estudo.

Leite

O leite é uma solução aquosa que apresenta solutos de diferentes naturezas e composições; sais, açúcares, proteínas, lipídios, aminoácidos, etc. O ponto de ebulição do leite é ligeiramente superior ao da água, devido à afinidade destes compostos com a água, dificultando a sua evaporação.

Açúcar

A glicose tem um ponto de fusão de 146ºC, que coincide com o ponto de decomposição da glicose. Portanto, você não pode obter seu ponto de ebulição. O mesmo ocorre com a sacarose, açúcar de mesa, que tem ponto de fusão de 186ºC e ponto de decomposição de 186ºC.

O ponto de fusão é a temperatura na qual um elemento ou composto químico vai do estado sólido para o estado líquido. Portanto, quando o açúcar se decompõe, não há líquido estável para determinar seu ponto de ebulição.

Ferro

O ponto de ebulição do ferro é 2.861ºC. Este alto valor é explicado pela grande quantidade de energia necessária para superar a força atrativa entre os átomos de metal. Além disso, inúmeras forças eletrostáticas precisam ser superadas devido à estrutura semelhante a uma teia de metal.

Referências

Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
Wikipedia. (2020). Ponto de ebulição. Recuperado de: en.wikipedia.org
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