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Atividade Avaliativa de Físico-Química – 1 semestre 2022
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Instruções:
A atividade deverá ser realizada em grupos de no máximo 4 (quatro) integrantes; 
Inserir o nome, RA e turma de cada integrante no documento;
Somente um integrante do grupo deverá fazer a devolutiva da atividade; 
Para o desenvolvimento dos cálculos, utilizar apenas duas casas decimais; 
Todos os cálculos solicitados devem ser apresentados na folha de questões. 
Em caso de construção de gráficos ou tabelas utilizar um software adequado (excel, origin, etc)
Caso seja necessário a utilização das curvas de compressibilidade, anexar as curvas com as devidas marcações.
O termo inerte significa quimicamente inativo, uma atmosfera inerte na indústria é um ambiente que protege os produtos contra eventuais riscos de oxidação ou deterioração, ou ainda, atua como inibidor de possíveis combustões ou explosões. O uso de atmosferas inertes é, portanto, conveniente em processos industriais onde a reatividade com o ar é um problema. 
A inertização é um processo para a proteção contra a explosão, que com a ajuda do gás inerte impede a formação de uma mistura potencialmente explosiva. Plantas de inertização são usadas para impedir a entrada de ar, que contém o gás oxigênio; na prática o ar é substituído por um gás inerte.
 Os gases argônio (Ar) e nitrogênio (N2) são incolores, inodoros e não tóxicos; e também são considerados gases inertes, não inflamáveis e gases de proteção. O gás Ar é usado na indústria mecânica e eletroeletrônica, por exemplo: na soldagem de metais, na fabricação de lâmpadas e de eletrônicos. O gás N2 é usado na indústria química, farmacêutica, de alimentos e de bebidas, por exemplo: no fabrico de espumas de borracha e de plásticos, impedindo a oxidação no processamento de produtos e na indústria de alimentos e de bebidas, impedindo a formação de bolores e de insetos. 
Em uma planta industrial será testado um ambiente de atmosfera inerte para uma aplicação específica. Apesar de geralmente serem usados os gases em separado, nesse processo será experimentada uma mistura de gases inertes, a saber: argônio e nitrogênio. Os gases são transportados separadamente até a planta em cilindros e a partir deles são introduzidos em um misturador de gases, para então, a mistura gasosa ser usada no processo. A mistura de gases é espontânea e isotérmica. 
Dados e informações do Projeto
Cilindro de gás argônio: P= 1,52 x 107 Pa, V= 20 x 10-3 m3 , T= 21oC
 Cilindro de gás nitrogênio: P= 2,037x 107 Pa, V= 40 x 10-3 m3 , T= 21oC
 Massas atômicas: Ar = 39,95 u e N = 14 u.
 Dimensões do misturador de gases – comprimento: 3,0 m, largura: 2,0 m e altura: 2,5 m. 
Projeto
 Para o teste da mistura inerte do processo industrial serão necessários os seguintes cálculos:
1.1 O número de mols de cada gás nos cilindros. 
Nº de mols do Argônio: 
V = 20 x 10-3 m3 = 0,02 m3 x 1000 = 20 L
T = 21°C -> 21 + 273 = 294 K
P = 1,52 x 107 / 105 = 1,52 x 107 -5 = 1,52 x 102 = 152 atm
PV = nRT
152 x 20 = n x 0,082 x 294
3040 = 24108 n
N = 3040 / 24108
N 0,1261 mols de argônio
Nº de mols do Nitrogênio: 
V = 40 x 10-3 m3 = 0,04 m3 x 1000 = 40 L
T = 21°C -> 21 + 273 = 294 K
P = 2,037x 107 / 105 = 2,037 x 107 -5 = 2,037 x 102 = 203,7 atm
PV = nRT
203,7 x 40 = n x 0,082 x 294
8148 = 24108 n
N = 8148/24108
N 0,3379 mols de nitrogênio
O volume do misturador de gases.
3 x 2 x 2,5 = 15 m3 = 15 x 1000 = 15000 L
A fração molar e a pressão parcial de cada gás na mistura. 
A pressão total da mistura gasosa no interior do misturador.
Pressão total inicial = 152 + 203,7 = 355,7 atm
Pressão total com novo volume do misturador = 
PV = PV
355,7 atm x 60 L = Pt x 15000 L
Pt = 21.342/15000
Pt nova = 1,4228 atm (1.3)
Fração molar do Argônio = nº de mols de Ar / nº de mols total
XA Ar = 0,1261 / (0,1261 + 0,3379)
XA Ar = 0,1261 / 0,464
XA Ar 0,27176 (Fração molar do Argônio)
Pressão parcial do Argônio = Fração molar Ar x Pt nova
Pa Ar = 0,27176 x 1,4228
Pa Ar 0,38666 (Pressão parcial do Argônio)
Fração molar do Nitrogênio = nº de mols de N / nº de mols total
XA Ar = 0,3379 / (0,1261 + 0,3379)
XA Ar = 0,3379 / 0,464
XA Ar 0,72823 (Fração molar do Nitrogênio)
Pressão parcial do Nitrogênio = Fração molar N x Pt nova
Pa Ar = 0,72823 x 1,4228
Pa Ar 1,03612 (Pressão parcial do Nitrogênio)
2 - Calcule o volume de 20 g gás cloro usando a equação de estado de Van Der Waals a -20˚ C e 140 kPa. Calcule a diferença percentual do valor obtido usando a equação do gás ideal.
Cl2 massa molar = 35,5x2 = 71 g/mol
Nº de mols = Massa / Massa molar
Nº de mols = 20 / 71 = 0,28169 mols
140 kpa = 140 kpa x 0,00986923 atm = 1,38169 atm
- 20 ºC = - 20 + 273,15 = 253,15 K
Gás Cloro
Constante a = 6,579 bar. L2 / mol 2 x 0.98692 = 6,49295 atm. L2 / mol 2
Constante b = 0,05622 L/mol
Volume no gás ideal = 
PV = nRT
1,38169 x V = 0,28169 x 0,082 x 253,15
Videal = 5,847405527 / 1,38169
Videal = 4,2320676 L
Volume na Equação de van der Waals
1,38169 + (6,49295 x (0,28169)2 /V2). (V – 0,28169 x 0,05622) = 0,28169 x 0,082 x 253,15
1,38169 + (0,51521/V2). (V – 0,015836) = 5,84740
1,38169 + - = 5,84740
Tirando mmc...
1,38169 V2 + 0,51521 V - 0,008158 = 5,84740 V2
1,38169V2 - 5,84740 V2 + 0,51521 V - 0,008158 = 0
1,38169 V2 - 5,84740 V2 + 0,51521 V - 0,008158 = 0
- 4,46571 V2 + 0,51521 V - 0,008158 = 0
 = b2 – 4ac
 = (0,51521)2 – 4. (- 4,46571). - 0,008158
 = 0,2654413441- 0,14572504872
 = 0,119716
 L
 L
3 - Dadas as constantes críticas para o metano (CH4): temperatura crítica 191,1C, pressão crítica 45,8 atm e volume molar crítico 0,034 L.mol-1 . Pede-se:
a) Calcular os parâmetros (constantes) de van der Waals , o valor de constante dos gases e comparar o valor obtido para constante dos gases com o valor correto (calcular o percentual de erro). 
b) Calcule os parâmetros (constantes) de van der Waals a partir de pressão crítica e temperatura crítica.
b = Vmc/3
b = 0,034 / 3 = 0,011333 L / mol
a = 3 x Pc x V2mc
a = 3 x 45,8 x (0,034)2
a = 137,4 * 0,001156
a = 0,1588344 atm. L2 / mol 2
191,1 + 273,15 = 464,25 K
R = 8 x pc x Vmc / 3 x Tc
R = 8* 45,8*0,034 / 3 * 464,25
R = 12,4576 / 1.392,75
R = 0,0089 L · atm / K−1
4 - A utilização do biogás (mistura de gases produzidos durante a digestão da matéria orgânica) é um processo promissor para o aproveitamento dos rejeitos industriais e domésticos. Normalmente o biogás é composto de 60 – 65 % de metano (CH4) e 30 – 35 % de dióxido de carbono (CO2). Qual é o volume ocupado pelo metano, admitindo que o processo de digestão da matéria orgânica produziu 100 kg desse gás sob pressão de 20 atm, na temperatura de 27°C, supondo: c) Que forças são dominantes?
Methane 
a = 2.283 bar·L2 /mol2 -> 2,283 * 0,98692 = 2,25313836 atm·L2 /mol2 
b = 0.04278 L/mol
a) Comportamento de gás ideal
Massa = 100 kg = 100.000g de CH4
Massa molar = 16 g/mol
N de mols = 100.000/16
N de mols = 6250 mols de CH4
P = 20 atm
T – 27 + 273 = 300 K
PV = nRT
20V = 6250 x 0,082 x 300
V = 153750 / 20
V = 7687,5 L
b) Comportamento de gás de van der Waals
[p + (n2 a / V2)] (V – nb) = nRT
20 + [(6250)2 * 2,25313836 / V2)] (V – 6250*0,04278) = 6250*0,082*300
20 + (39.062.500 * 2,25313836 / V2) (V – 267,375) = 153750
20 + (88.013.217,1875 / V2) (V – 267,375) = 153750
20 + 88.013.217,1875 / V - 23.532.533.945,5078125 / V2 – 153750 = 0
mmc...
20 V2 + 88.013.217,1875 V - 23.532.533.945,5078125 – 153750 V2 = 0
20 V2 – 153750 V2 + 88.013.217,1875 V - 23.532.533.945 = 0
-153.730 V2 + 88.013.217,1875 V - 23.532.533.945 = 0
 = b2 – 4ac
 = (88.013.217,1875)2 – 4. (-153.730). - 23.532.533.945
 = 
5 - Admitindo comportamento real, estimar o volume ocupado por uma mistura gasosa de 0,30 de metano e 0,70 de etano a 325 K, sob pressão de 50 atm. 
V = ?
PV = nRT
Links e referências utilizados para elaboração do texto
https://www.flottweg.com/pt/wiki/tecnologia-de-separacao/inertizacao/
https://www.condornet.com.br/condor/pt/education/blog/tipo-de-gases-gases-do-ar.cfm
https://www.renishaw.com.br/pt/geracao-de-atmosfera-inerte--31885
AGA. Gases especiais. A essência da qualidade.91-P7-05 AGO/91.
AGA. Gases especiais. AGA cria novas oportunidades. 97-T-7-12-MAI/97.
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A interpretação faz parte do processo de avaliação.