Aula 7 - Diagramas de fases
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Aula 7 - Diagramas de fases


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Diagramas de Fases
- é um gráfico que mostra qual fase é a mais estável a diferentes 
pressões e temperaturas
As linhas que separam as regiões coexistem em equilíbrio dinâmico entre si. 
Para um equilíbrio dinâmico sólido-vapor a linha mostra como a pressão de 
vapor do sólido varia com a temperatura.
 
Diagrama de Fases da água
Pressão de Vapor:
Pense em uma garrafa, fechada, com uma determinada 
quantidade de água até a metade de seu volume total. 
Esse sistema apresenta a uma temperatura fixa um 
equilíbrio dinâmico:
H2O (líq) = H2O (vapor)
as moléculas na superfície do líquido, que venceram as 
forças intermoleculares, passam a fase de vapor até que 
a velocidade de vaporização seja igual a velocidade de 
condensação. 
as quantidades de líquido e gás permanecem constantes.
\uf0d8 Qualquer ponto na região marcada sólido corresponde às condições 
para as quais a fase sólida da substância é a mais estável (o mesmo é válido 
para as regiões de líquido e vapor).
\uf0d8 O ponto triplo é um ponto onde três fases divisórias se encontram.
\uf0d8 A linha divisória líquido-vapor termina no ponto crítico, onde a densidade 
do vapor torna-se igual a do líquido; nessa temperatura e acima dela, uma 
única fase uniforme ocupa o recipiente (gás).
\u2022 A distinção entre gás e vapor, às vezes, é feita com base nas suas 
temperaturas críticas: vapor pode ser liquefeito apenas através de pressão; 
um gás não pode ser liquefeito apenas através de pressão.
\uf0d8 Fluido supercrítico: substância acima de sua temperatura crítica. Pode 
ser tão denso que, embora seja um gás, pode agir como um solvente para 
líquidos e sólidos. Ex.; gás carbônico supercrítico, dissolve compostos 
orgânicos, removendo cafeína de grãos de café, e extrai perfumes de flores 
sem contaminar os extratos com solventes prejudiciais.
Assim, a pressão de vapor de equilíbrio de um líquido é a 
medida da tendência de suas moléculas escaparem para a 
fase de vapor :
Quanto menor a entalpia de vaporização, maior a pressão 
de vapor e a tendência de suas moléculas escaparem para 
a fase de vapor. 
Dá uma idéia da volatilidade do líquido. A temperatura na 
qual a pressão de vapor do líquido é igual a 1 atm é 
denominada de ponto normal de ebulição do líquido.
Um líquido começa a ferver quando a pressão de vapor do 
mesmo se iguala a pressão externa (por ex.: atmosférica). 
este fenômeno e controlado pela temperatura e entalpia 
de vaporização do líquido. 
Equação de Clapeyron
dP / dT = ( S\uf062 - S\uf061 ) / (V\uf062 - V\uf061 ) = \uf044H / T \uf044V
ou dT / dP = \uf044V / \uf044S (onde S, V e H molares) ;
Na transformação sólido - líquido:
\uf044Hfusão = + (todas substâncias)
\uf044Sfusão = + ( todas substâncias)
\uf044Vfusão = + ( maioria das substâncias)
\uf044Vfusão = - (algumas substâncias, p.ex.: H2O)
A equação matemática que representa o lugar geométrico de todos 
os pontos (a linha ) T, P nos quais o sól. e o líq. coexistem em 
equilíbrio,
P = P* + (\uf044Hf / \uf044Vf) ( T - T
*) / T* ( linha vertical)
onde, P* pressão quando a temperatura for T*
P a pressão para a temperatura T.
Na tranformação líquido-gás:
\uf044Hvap. = + (todas substâncias)
dP/dT = \uf044S/\uf044V = + (todas substâncias)
A equação matemática que representa o lugar geométrico 
de todos os pontos (a linha ) T, P nos quais o líq. e o gás 
coexistem em equilíbrio,
P = P* e-c com c= (\uf044Hvap / R) ( 1/T - 1/T
*) 
Na tranformação sólido-gás:
\uf044Hsub = + (todas substâncias)
dP/dT = \uf044S/\uf044V = + (todas substâncias)
A equação matemática que representa o lugar geométrico 
de todos os pontos (a linha ) T, P nos quais o sólido e o 
gás coexistem em equilíbrio,
P = P* e-c com c = (\uf044Hsub / R) ( 1/T - 1/T
*) 
Se usar a simplificação, 
onde para Vgás >>> VL (em volumes molares) resulta na 
equação de Clausius - Clapeyron:
dP / dT = \uf044Hvap / T\uf044Vvap = P \uf044Hvap / RT
2 Vg = RT/P
ou para o cálculo do calor de vaporização:
ln ( P2/P1) =( -\uf044Hvap /R)(1/T2 \u2013 1/T1) 
P1 = P
o = Pamb T1= Teb
P2 = P T2= T
ln (P/Po) = - (\uf044vap H
o /RT) + \uf044vapH
o/RTeb
ln (P/Po) = - (\uf044vap H
o /RT) + \ufffd\ufffd\ufffdvapS
o/R
Também é válida a relação de Trouton na 
qual a entropia molar de vaporização, no 
ponto de ebulição padrão (1 bar) é uma 
constante, se a variação de entalpia de um 
líquido é desconhecida :
\uf044Svap = \uf044Hvap / Teb \uf040 88 J K
-1 mol-1
(geral para vários líquidos)
Fases, Componentes e Graus de 
Liberdade
\u2022 Fase (P): Estado uniforme da matéria
(composição química e estado físico);
\u2022 Temos diferentes fases físicas: Sólido, liquído e
gasoso! E diferentes fases químicas. Ex.:
Fósforo branco e fósforo vermelho.
\u2022 Solução de cloreto de sódio em água: P = 1;
\u2022 Liga de dois metais imiscíveis: P = 2;
\u2022 Liga de dois metais miscíveis: P = 1;
\u2022 Mistura de gelo moído e água: P = 2;
\u2022 Componente (C): Número de constituintes
quimicamente independentes do sistema:
- Água pura: C = 1;
- Mistura água e etanol: C = 2;
- Decomposição do carbonato de cálcio: C = 3.
\u2022 Variância de um sistema (F): número de
variáveis intensivas que podem ser
independentemente alteradas sem perturbar
o equilíbrio. Em um sistema monofásico com
um componente, tem-se C = 1 e P = 1;
portanto: F = 2.
- o sistema é dito, bivariante ou possui dois
graus de liberdade.
Regra das Fases
\u2022 Dedução feita por Gibbs:
Diagrama de Fases do CO2