Aula04 - substancia pura

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Termodinâmica I
Profº Osvaldo Kojiro Iha
PROPRIEDADES DE UMA 
SUBSTÂNCIA PURA
Propriedades de uma 
substância pura
• Três propriedades já conhecidas: Temperatura, Pressão e Volume
específico
• Estas estão presentes nas substâncias puras
• O que é uma substância pura?
– É aquela que possui composição química invariável e homogênea,
composição química fixa
– Pode existir em mais de uma fase e em cada fase a composição
química se mantém → Água
– Possuem propriedades definidas
Sólido Líquido Vapor 
Propriedades de uma 
substância pura
• O ar apesar da mistura de compostos é considerada uma substância pura
• São composta de substancias que não se interagem, não tem uma
interação intermolecular eficiente para interferir na propriedade como fusão
e ebulição
• Em sólidos as moléculas estão mais próximas umas das outras, possuem
menos mobilidade
• Nos líquidos possuem mais mobilidade, a intermolecular é menor
• Nos gases as interações intermoleculares são mínimas → Estudos dos
gases ideais, que são estudos hipotéticos
a) sólido; b) líquido; c) gasoso •Sólido → mostrando a mobilidade 
mesmo em sólidos
Equilíbrio de fases numa 
substância pura
• Equilíbrio de fases?
– Temperatura e pressão constante
– No ponto de fusão e ebulição das substâncias
– Substâncias homogêneas
• Neste equilíbrio a absorção de energia/calor para?
– Não. Neste equilíbrio ainda tem absorção de energia
– Onde ocorre a mudança de um estado para o outro
– Ex: Passagem do sólido para o líquido e do líquido para o vapor como a 
água que tem a temperatura de ebulição de 99,6 ºC. Nesta temperatura 
temos a passagem do líquido para o vapor
– O estado acima da temperatura de saturação é chamado de vapor 
super aquecido
Equilíbrio de fase
• Qual a temperatura da figura (a) e da (c)? 
– T = 99,6 ºC → o líquido começa a receber calor a T = cte
• Na figura (a) qual o estado da substância?
– Líquida apenas
• Na figura (c) qual o estado da substância?
– Vapor apenas
• E na figura (b)?
– É uma mistura de líquido e vapor
vapor
•O (a) é quando a primeira gota de líquido começa 
a transformar em vapor → líquido saturado
•O (b) tem a mistura de líquido e vapor no êmbolo
•O (c) é quando a última gota de líquido se 
transforma em vapor → vapor saturado
líquido
Equilíbrio de fase
• Ponto de saturação → É o ponto onde ocorre a mudança de fases
– Temperatura de saturação e pressão de saturação
– Gráfico de T x ʋ
T
ʋ
L
L + 
V
V
•O foco é estudar o ponto de 
mudança de fases, isto é, o 
•L + V
Mistura
•Como mudar a temperatura de 
ebulição?
•Aumentando a pressão, 
o qual se a pressão é 
fixa a temperatura é fixa 
no ponto de ebulição
Equilíbrio de fase
• Este ponto de mistura é chamado de título
– É uma propriedade intensiva
– Tem significado apenas entre os pontos de saturação
– Está relacionado com porcentagem de substância no estado de vapor, 
isto é, o estado a qual a substância está mudando
– É representado pela letra (X) e pode ser utilizado tanto na passagem do 
sólido para o líquido como do líquido para o vapor
– No entanto só utilizamos na fase de vapor
• Título → massa de vapor pela massa total
• X = mv /m = mv / (ml + mv)
• Exemplo: Um frasco fechado contém 0,6 kg de água e 0,3 kg de vapor. 
Qual é o título?
• X = mv /m
• X = 0,3/0,9 = 0,3333 
• Iremos falar sobre o titulo mais adiante 
Equilíbrio de fase
• O estado de saturação ocorre em diversas pressões e temperatura
• Ao aumentarmos a temperatura de saturação a pressão e as 
propriedades das substâncias também mudaram
1,0 Mpa T = 179,9 ºC
10 Mpa T = 311,1 ºC
0,1 Mpa T = 99,6 ºC
22,09 Mpa T = 374,14 ºC
Equilíbrio de fase
• Ponto crítico → Cada substância tem a sua
– Não possui dois estados, isto é, ou esta no estado líquido ou no 
vapor
Termodinâmica
• Ponto triplo → Encontra as Três fases: Sólido-Líquido-Vapor
Equações de estado
• Equações de estado → Fase vapor de uma substância compressível 
simples
– Análise do comportamento dos gases a baixa massa específica
– Encontramos os valores de p-v-T dos gases
pV = nRT → p.V = m.R.T/M → p.V/m = R.T/M
p.ט = R.T, onde R = R/M e ט = V/m
R = 8,3145 k.Nm/(knol.K) = 8.3145 kJ/(kmol.K) = 0,082 atm.L/(mol.K)
– Assim, a equação principal é: p.ט = R.T
– Lei para gases à baixa massa específica nomeado de Gases Perfeitos
• O que são Gases Perfeitos? O que é uma massa específica
– Está relacionado com a energia de uma pequena quantidade de massa 
específica, isto é, unidade de massa em um determinado volume
– Para termos um melhor entendimento usaremos o fator de 
compressibilidade (Z)
– Z = p.ט / (R.T) → Z = 1 para um gás perfeito
– É uma unidade de medida do desvio do gás real em relação ao previsto 
pela equação dos gases perfeitos
Lei de Boyle e Charles
Equações de estado
• Z = p.ט / (R.T) → Esta equação nos diz quanto um gás real se aproxima de
um gás ideal, avaliando o comportamento da p-T- ט dos gases e vapores
• Assim sabemos o quanto um gás real desvia do gás perfeito
• É observado que:fixando o valor da pressão e diminuindo a temperatura Z
diminui. Por que?
– a massa específica aumenta e a força intermolecular aumenta
Z = 1
Equações de estado
• A força intermolecular é explicada pela equação abaixo
• Esta equação possui 8 constantes empíricas
• Equação de estado de Benedict-Webb-Rubbin → 1940
Tabelas de propriedades 
termodinâmicas
• Tabelas de propriedades existem para todas as substâncias
– O princípio de cálculo das propriedades são todas iguais
– Usaremos a tabela de vapor d´água → É o mais usual em processos 
industriais 
– Propriedades termodinâmicas
• ט = volume específico
• u = energia interna específica
• h = entalpia específica
• s = entropia específica
• Para montarmos a tabela usamos 2 propriedades para encontrar a outra
• Ex: Txp; Txs, pxv; ...
• Todas as propriedades são experimentais e por meio de cálculos de 
sistemas, e são colocados em tabelas, como pode ser visto.
Tabelas de propriedades 
termodinâmicas
• Tabela com as propriedades de uma substância
• Utilizando esta tabela montamos o gráfico
Tabelas de propriedades 
termodinâmicas
• E como visto, os valores são todos tabelados. No entanto, o que nos 
interessa além dos pontos de saturação, são os intermediários
• Para isso usamos o título: X = mv/m
• Assim temos:
• Ex: Uma massa m tem o título X a uma pressão e temperatura definida. 
Onde esta massa ocupa um volume.
• V = Vliq + Vvap → Transformando em volume específico temos
• m. V/m = ml.Vliq/ ml + mv .Vvap/ mv → m. ט = ml lט. + mv ט . v =
• ט = ml lט. /m + mv ט . v/m = (m – mv)/m.טl + mv /m. ט v =
• ט = (1-X).טl + X. ט v → ט lט = + X. טlv 
Título 
• O titulo (X) é:
líquido
Líquido super resfriado
LSR T1Tv X5 = 1
Tabelas de propriedades 
termodinâmicas
• O título só pode ser definido na fase de ebulição
• 0 ≤ X≤ 1
• Considerando a pressão constante temos:
Líq. 
saturado
Vap. 
Saturado
Δטx 
Volume específico
• Volume pela massa ט = V/m (m³/kg)
líquido
 vט
 lט
Δטv 
 xט
Volume específico
• Exemplo: Um tanque de 2 m³ de volume interno contém 100 kg de uma 
mistura de líquido e vapor de uma substância com título de 25 %. Calcule o 
volume específico da mistura, o volume específico do líquido e o volume 
específico do vapor. Sabe-se que o volume do vapor é 95 % do volume 
total.
A) vx = V/m = 2/100 = 0,02 m³/kg
B) Vl = (1-0,95).V = 0,05.2 = 0,1 m³
Vv = 0,95.V = 0,95.2 = 1,9 m³
C) ml = (1-X).m = 0,75.100 = 75 kg
mv = X.m = 0,25.100 = 25 kg
D) vl = Vl/ml = 0,1/75 = 0,0013 m³/kg
vv = 1,9/25 = 0,076 m³/kg
Obrigado
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	Slide 2: Propriedades de uma substância pura
	Slide 3: Propriedades de uma substância pura
	Slide 4: Equilíbrio de fases numa substância pura
	Slide 5: Equilíbrio de fase
	Slide 6: Equilíbrio de faseSlide 7: Equilíbrio de fase
	Slide 8: Equilíbrio de fase
	Slide 9: Equilíbrio de fase
	Slide 10: Termodinâmica
	Slide 11: Equações de estado
	Slide 12: Equações de estado
	Slide 13: Equações de estado
	Slide 14: Tabelas de propriedades termodinâmicas
	Slide 15: Tabelas de propriedades termodinâmicas
	Slide 16: Tabelas de propriedades termodinâmicas
	Slide 17: Título 
	Slide 18: Tabelas de propriedades termodinâmicas
	Slide 19: Volume específico
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