REVISADO exercicio diagrama de Ellingham x software _2021 - JAQUELINE BITENCOURTE 195762

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Escola de Engenharia 
Departamento de Metalurgia 
TERMODINÂMICA METALÚRGICA II - ENG06005 
 
NOME: Jaqueline dos Santos Bitencourte 
MATRICULA: 195762 
 
Entrega: 09/02/2022 
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Exercício diagrama de Ellingham com software 
 
Resolver usando o software do site: 
https://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/ellingham_diagrams/interactive.php 
 (resolver e entregar em 09/02) 
 
 
 
 
Exercício 1: 
Tem-se em um sistema silício puro, sílica e oxigênio (pO2 = 10
-24 
atm) a 1300 oC. O sistema na 
condição dada encontra-se em equilíbrio? Se não, o que ocorrerá? 
Si+O2 =SiO2 
Determine a pO2 de equilíbrio deste sistema na temperatura dada. 
T = 1300°C = 1573 K 
1 atm = 1,01325 bar 
pO2 = 10
-24 atm = 10-24 bar (do sistema proposto) 
 
pressões maiores que o equilibrio >>>> pO2 = 10
-21 bar (equilibrio) >>>> pO2 = 10
-24 bar 
 
 
 
A pressão do sistema está abaixo da pressão de equilibrio, ou seja não está no equilibrio, 
pressões menores que a pressão do equilibrio tendem a deslocar a reação no sentido dos reagentes 
decompondo o oxido (oxido é instavel). 
 
 
 
Deslocamento 
no sentido dos 
PRODUTOS 
Deslocamento 
no sentido dos 
REAGENTESS 
https://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/ellingham_diagrams/interactive.php
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pO2 = 10
-20,923 bar (valor determinado pelo diagrama interativo) 
 
pO2 = 10
-21 bar (valor aproximado traçando as retas no diagrama) 
 
1atm = 1,01325 bar 
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 Para que ocorra o equilíbrio em uma atmosfera contendo H2/H2O e CO/CO2, quais seriam os valores 
das rezões pH2/pH2O e pCO/pCO2 respectivamente? Empregando o diagrama de Ellingham (dado em 
aula). Confira estes valores. 
T = 1300°C = 1573 K 
pH
2
/pH
2
O = 105,16 bar (valor determinado pelo diagrama interativo) 
 
pH
2
/pH
2
O = 106 bar (valor aproximado traçando as retas no diagrama) 
 
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T = 1300°C = 1573 K 
pCO/pCO2 = 10
6,435 bar (valor determinado pelo diagrama interativo) 
 
pCO/pCO2 = 10
5 bar (valor aproximado traçando as retas no diagrama) 
 
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Exercício 2: 
A partir do diagrama de Ellingham, selecione e plote um óxidos para o qual o Si pode ser utilizado como 
agente redutor e outro óxido que não pode ser reduzido pelo Si. Comente sua resposta (demonstre 
graficamente e a partir das reações e cálculos de ∆Go). 
 - Quanto menor a energia livre mais estável é, a curva se localiza mais abaixo do gráfico, sendo assim o 
mais estável vai reduzir o menos estável. 
- CaO é mais estável que SiO2 , tendendo a formar mais CaO. 
- Neste caso o Si vai agir como um agente oxidante para CaO. 
 
 
<Si> + (O2)  <SiO2> DG°(1573K) = -215600 + 41,5.T 
2{Ca} + (O2)  2<CaO> DG°(1573K) = -307100 + 51,28.T 
 DG°(1573K) = +91500 – 9,78.T = 76116,06 cal 
DG°(1573K) = positiva, a reação tenderá a ocorrer no sentido oposto, vai formar mais CaO. 
 
 
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- Quanto menor a energia livre mais estável é, a curva se localiza mais abaixo do gráfico, sendo assim o 
mais estável vai reduzir o menos estável. 
- SiO2 é mais estável que MnO, tendendo a formar mais SiO2. 
- Neste caso o Si vai agir como um agente redutor para MnO. 
 
 
{Mn} + ½ (O2 )  <MnO> DG°(1573K) = -95400 + 19,7.T 
<Si> + (O2)  <SiO2> DG°(1573K) = -215600 + 41,5.T 
 DG°(1573K) = +120200 – 21,8.T = +85908,6 cal 
DG°(1573K) = positiva, a reação tenderá a ocorrer no sentido oposto, vai formar mais SiO2. 
 
 
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Exercício 3: 
Selecione no diagrama de Ellingham 2 sulfetos que apresentam um ponto de equilíbrio, discuta as 
condições de equilíbrio e condições de deslocamento do equilíbrio (demonstre graficamente e a partir das 
reações e cálculos de ∆Go). 
 
 
 
 
2{Na} + 1/2(S2)  <Na2S> DG°(T) = -105250 + 31,45.T 
<Mg> + ½ (S2 )  <MgS> DG°(T) = -99650 + 22,8.T 
 0 = -5600 + 8,65.T 
 T = 647 K = 374°C 
As duas curvas se cruzam num ponto em comum de energia e temperatura. Corresponde ao 
equilibrio entre os dois metais e os dois sulfetos desde que não haja solubilidade entre fases pois isso 
afetaria a atividade dos componentes. 
DG°(647 K) = -99650 + 22,8.T 
DG°(647 K) = -99650 + 22,8.647 = -84898 cal = -356 KJ para 1 mol como são 2 mois a energia vai para -
710 KJ 
Abaixo da T de equilibrio: 
- Na2S é o mais estável 
- MgS é o menos estavel 
 
Acima da T de equilibrio: 
- Na2S é o menos estável 
- MgS é o mais estavel 
 
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Nota-se que a escala do eixo de temperatura nos dois gráficos dos sulfetos não são muito exatas 
mas a energia são semelhantes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Exercício 4: 
Refaça o exercício 3, porém considere o sistema fora do estado padrão (proponha nova atividade para os 
metais e sulfetos envolvidos). Compare com o caso do exercício 3 e discuta. 
Os sulfetos escolhidos foram o CuS e o NiS. 
Abaixo temos somente a curva do CuS onde a figura da esquerda corresponde a uma atividade 
igual a 1 (quando puro) e a figura da direita a uma atividade igual 0.5. 
 
Para uma atividade igual a 1 temos 
- equação da sua reta é => -227 + 0,05.T (válida de 709 a 893K) 
- DG°(762) = -186,785 KJ/mol 
Para uma atividade igual a 0.5 temos 
- DG°(762) = -182,396 KJ/mol 
Houve um leve aumento da energia livre ao diminuir a atividade. 
 
 
 
 
 
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Abaixo temos somente a curva do NiS onde a figura da esquerda corresponde a uma atividade 
igual a 1 (quando puro) e a figura da direita a uma atividade igual 0.5. 
 
Para uma atividade igual a 1 temos 
- equação da sua reta é => -293+ 0,14.T (válida de 298 a 773K) 
- DG°(762) = -183,038 KJ/mol 
Para uma atividade igual a 0.5 temos 
- DG°(762) = -178,649 KJ/mol 
Houve um leve aumento da energia livre ao diminuir a atividade. 
 
Para sabermos onde os dois sulfetos se cruzam em equilibrio basta igualrmos as equações da reta para 
encontra a T em comum pois resultara no mesmo DG°. 
-227 + 0,05.T = -293+ 0,14.T 
+ 0,05.T - 0,14.T = -293 + 227 
-0,09.T = -66 
T = 733,33 K 
Susbstituindo em umas das equações temos, DG°(733) = -227 + 0,05.733 = -190,35 KJ/mol 
 
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 Nas curvas abaixo podemos ver os valores de energia onde os dois sulfetos se cruzam, -187,212 
KJ/mol sendo um valor muito proximo do que foi calculado anteriormente. 
 
Abaixo o cruzamento dos dois sulfetos selecionados numa temperatura de 733 K.