Enunciado
Física - Moysés - Vol. 2 - Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 18
A pressão crítica e a temperatura crítica observadas para o são, respectivamente, e . (a) Calcule as constantes de Van der Waals e para o . (b) Calcule a densidade crítica para o pela equaçaõ de Van der Waals e compare-a com o valor observado de . (c) Se o fosse um gás ideal, a que pressão seria preciso submeter de para que ocupasse o volume de à temperatura de ? (d) Qual seria a pressão necessária na situação (c) considerando o como um gás de Van der Waals? (e) Em (d), que fração da pressão total é devida à interação entre as moléculas do gás?
Passo 1
(a) Vamos começar lembrando das fórmulas para as constantes e :
Já que o enunciado deu os valores de e , essas duas fórmulas são um sistema de duas equaçãoes e duas variáveis.
Para encontrar , podemos dividir uma equação pela outra:
Colocando os valores numéricos:
E agora podemos substituir isso na segunda equação para calcular :
Então:
Passo 2
(b) A fórmula para a densidade crítica é:
Onde é a massa molar do gás carbônico.
E podemos substituir o volume crítico do gás pelo volume molar usando aquele número de moles:
Já que nós já calculamos a constante , vamos escrecer usando a seguinte fórmula:
Então:
Vamos converter para :
Que é diferente do valor mencionado no enunciado, já que aqui estramos tratando da densidade nas condições críticas.
Passo 3
(c) Já que agora vamos tratar o como gás ideal, podemos usar a lei dos gases ideais:
Substituindo os valores numéricos:
Passo 4
(d) Agora vamos fazer a mesma conta, com os mesmos valores, mas com a equação de Van der Waals!
Isolando a pressão :
Já que estamos falando de só um mol de gás, o volume molar é numericamente igual a :
Passo 5
(e) Dê mais uma olhada na equação de Van der Waals:
Esse segundo termo aí do lado direito representa a pressão devido à interação entre as moléculas.
O que a questão quer saber é: qual fração da pressão total (que acabamos de calcular) isso representa?
Ou seja, da pressão se deve à interação entre as moléculas.
Resposta
(a) As constantes são e .
(b) A densidade crítica é .
(c) A pressão necessária seria .
(d) Nesse caso a pressão necessária seria .
(e) da pressão total.