Enunciado
Química - Atkins - Fisico-Quimica - Vol. 1- Ed: 8º - Capítulo 14.Aplicações - Ex. 27
27 – G.C.G. Wachewsky et al, investigaram o espectro de absorção no ultravioleta do CH3I, uma substancia envolvida na química do ozônio na estratosfera. Eles descobriram que o coeficiente de absorção integrado depende da temperatura e da pressão de maneira incompatível com as modificações estruturais das moléculas de CH3I isoladas. Eles explicaram as modificações pela dimerização de parte substancial do CH3I, processo que, naturalmente, depende da pressão e da temperatura.
A) Calcule o coeficiente de absorção integrado com uma banda de perfil triangular, no intervalo de 31250 a 34483 cm-1 e máximo de 150 L mol-1 cm-1 a 31250 cm-1.
B) Imagine que, a 2,4 Torr e 373 K, 1% das unidades de CH3I numa amostra esteja na forma de dímero. Calcule a absorbância esperada, a 31250 cm-1, numa célula com 12,0 cm de comprimento.
C) Imagine que, a 100 Torr e 373 K, 18% das unidades de CH3I numa amostra estejam dimerizadas. Calcule a absorbância, a 31250 cm-1, numa célula de 12,0 cm de comprimento. Calcule o coeficiente de absorção molar que se teria com essa medida de absorbância se não fosse considerada a dimerização.
Passo 1
A)
Vamos primeiramente, pegar a expressão para o cálculo do coeficiente de absorção integrado. Pela eq. 13.5, o coeficiente de absorção integrado pode ser estimado por:
Vamos definir a seguir a função do coeficiente de extinção molar.
Como foi dito para calcularmos A em uma banda de perfil triangular, assim podemos expressar o coeficiente de extinção molar como:
Passo 2
Assim, pela eq. 1:
Aplicando os valores:
Passo 3
B)
Para calcularmos a absorbância esperada, vamos utilizar a eq. da absorbância dada pela Lei de Beer, cuja expressão é:
Onde, C é a concentração molar do gás, l é o comprimento.
Vamos precisar determinar a concentração do gás nas condições de pressão e temperatura especificadas.
Passo 4
Considerando a lei dos gases ideais:
Onde, n é o nº de mols do gás, p a pressão, V o volume, T a temperatura e R a cte dos gases ideais. A cte dos gases ideais em unidades de Torr é:
Sendo a concentração molar do gás dada por:
Assim, pela eq. dos gases ideais:
Aplicando os valores:
Voltando na expressão da lei de Beer:
Assim,
Passo 5
C)
Usando novamente a lei de Beer:
Calculando a concentração para as condições de pressão e temperatura:
Aplicando os valores:
Como foi dito que 18% das unidades de CH3I estão dimerizadas, e tendo que 9% das unidades originais estavam presentes no monômero, assim a concentração do monômero será na verdade:
Calculando a absorbância:
Passo 6
Vamos agora determinar o coeficiente de absorção molar caso para a medida de absorbância não fosse considerada a dimerização.
Assim,
Aplicando os valores:
Resposta
A)
B)
C)