Lista de exercícios equilíobrios de fases condensadas

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Lista de exercícios – Equilíbrio de fases condensadas 
1. Soluções de m-toluidino (3- metilfenilamina) foram preparadas em fenol e então 
aquecidas acima da temperatura ambiente. A mistura torna-se turva a T1 e translúcida a T2. 
Esboçar o diagrama de fase usando os dados abaixo e determinar as temperaturas críticas 
superior e inferior. 
% m-
toluidino 
18 20 40 60 80 85 
T1 / °C 48 18 8 10 19 26 
T2 / °C 53 90 120 118 83 53 
 
2. Esboçar o diagrama de fase para o sistema fenol-água a partir dos dados abaixo e 
determine, na temperatura de 60 °C, os intervalos de composições onde existirão uma única 
fase e duas fases. 
T / °C 10 20 30 40 50 55 60 65 68,4 
% fenol (fase aquosa) 7,5 8,5 8,7 9,7 12,0 14,2 17,5 22,7 36,1 
% fenol (fase fenol) 
 
72,2 69,9 66,8 62,7 60,0 56,2 49,7 36,1 
 
3. A figura abaixo mostra o diagrama de fases de um sistema composto por dois líquidos 
parcialmente miscíveis, A e B. São misturados 30 g de A com 70 g de B, responda os itens 
abaixo detalhadamente: 
a) Qual será o ponto de ebulição desta mistura a 1 atm? 
b) Qual será a composição do vapor no momento em que a mistura começa a ferver a 1 
atm? 
c) A que temperatura começa a ferver uma mistura constituída inicialmente por 50 g de A e 
150 g de B? 
d) Qual será a composição de vapor em equilíbrio com o líquido a esta temperatura? 
 
 
 
4. A tabela mostra os dados do equilíbrio de fase existente entre dois líquidos parcialmente 
miscíveis. A partir da análise destes dados, responda os itens a e b. 
a) Quais as temperaturas críticas? 
b) Se uma mistura contendo 0,06 kq de B e 0,04 kq de A estiver a 25 °C, qual será a 
composição das duas fases em equilíbrio e em que percentual cada fase estará presente? 
T / °C 0 10 20 30 40 
Fase 1 (% 
em massa 
de B) 
30 37 45 53 64 
Fase 2 (% 
em massa 
de B) 
94 90 87 84 80 
 
5. Para o sistema ternário benzeno-isobutanol-água a 25 °C e 1 bar as seguintes 
composições foram obtidas para as fases em equilíbrio: 
 
fase rica em água 
% isobutanol 2,33 4,30 5,23 6,04 7,32 
% água 97,39 95,44 94,59 93,83 92,64 
 
fase rica em benzeno 
%isobutanol 3,61 19,87 39,57 59,48 76,51 
% benzeno 96,20 79,07 57,09 33,98 11,39 
 
Traçar o diagrama ternário, indicando as linhas de equilíbrio. a) Estimar a composição das 
fases que serão produzidas de uma mistura de 20% de isobutanol, 55% de água e 25% de 
benzeno; b)Qual será a composição da fase principal quando a primeira gota da fase 
secundária separa quando água é adicionada a uma solução de 80% de álcool em benzeno. 
 
6. Domanska e colaboradores (U. Domanska, A. Marciniak / Fluid Phase Equilibria 238 
(2005) 137–141) estudaram misturas de 1-metilimidazol com éteres. A figura abaixo 
apresenta diagramas temperatura vs. composição líquido-líquido (LLE) para mistura do 
derivado de imidazol com alguns éteres. Com base no diagrama, responda, para t =25°C: 
a) Para o sistema formado por 15 g de 1-metilimidazol e 10 g de éter; indique para cada 
éter: o número de fases, a composição de cada fase e o percentual de cada fase presente 
no equilíbrio. 
abundâncias relativas. 
b) Qual é a temperatura crítica para cada sistema? 
 
Formula molecular dos compostos: 
1-metilimidazol - C4H7N2 
di-n propil éter – C6H14O 
di-n butil éter: C8H18O 
di-n-pentil éter -
 
C10H22O 
 
Diagramas de equilíbrio líquido-líquido para o 1-metilmidazol (x1) + éter (1-x1): di-n-propil 
éter (�), di-n butil éter (�) e di-n pentil éter (�), retirado de U. Domanska, A. Marciniak / 
Fluid Phase Equilibria 238 (2005) 137–141. 
 
7. Marcar os seguintes pontos em um diagrama ternário para o sistema 
NaCl/Na2SO4.10H2O/H2O contendo: a) 25% em massa de NaCl, 25% em massa de 
Na2SO4.10H2O e o restante em água; b) a linha que mostra a mesma composição dos sais, 
mas com diferentes quantidades de água. 
8. O diagrama de solubilidade de um sistema clorofórmio-ácido acético-água, a 1 atm e a 
uma dada temperatura, com algumas linhas de ligação, é mostrado na figura abaixo. Com a 
adição de um mol de clorofórmio (CHCl3) a um sistema constituído de 0,6 moles de água 
(H2O) e 0,4 moles de ácido acético (CH3COOH), responda os itens abaixo. 
a) Quantas fases serão formadas? 
b) Quais as suas composições? 
c) Quais as suas quantidades relativas? 
 
 
 
9. O diagrama de solubilidade de um sistema A-B-C, a 1 atm e a uma dada temperatura, com 
linhas de ligação, é mostrado na figura abaixo. Determine as composições relativas das duas 
fases formadas quando são adicionados 0,2 mol de A a um sistema constituído de 0,3 moles B 
e 0,5 moles de C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10. Construir um diagrama de fases com os seguintes dados, obtidos em experiências de 
resfriamento, a pressão constante, do sistema antimônio-cádmio. 
 
Cd / % em massa 0 20 37,5 47,5 50 58 70 93 100 
Inflexão na curva de resfriamento 
 
550 461 
 
419 
 
400 
 
Patamar na curva de resfriamento 630 410 410 410 410 439 295 295 321 
 
a) Classificar todas as regiões e se formar algum composto, dar sua fórmula química e 
informar se este tem ponto de fusão congruente ou incongruente. 
b) Descrever detalhadamente o que ocorre com uma mistura que contém 50% de Cd e é 
resfriada de 500 °C a 300 °C. 
 
11. Domanska e colaboradores (U. Domanska, M. Marciniak / Fluid Phase Equilibria 235 
(2005) 30–41) estudaram o equilíbrio de fases sólido líquido de 1,3-diaminopropano e 
álcoois alquílicos. A Figura 3 do artigo (mostrada abaixo) apresenta o diagrama de fases 
para a mistura de decanol e esta amina. Com base neste diagrama temperatura-
composição, responda: 
a) quais são as temperaturas de fusão destes compostos puros? 
b) quantos compostos são formados entre os dois sólidos? Qual é a relação estequiométrica 
de cada composto? 
c) qual é a temperatura de solidificação de uma amostra com X decanol = 0,4 e que sólido é 
formado? 
e) Existem eutéticos? Qual é a temperatura e composição de cada um? 
 
 
Diagrama de fase para o sistema decanol e 1,3-diaminopropano, retirado de U. Domanska, 
M. Marciniak / Fluid Phase Equilibria 235 (2005) 30–41). 
 
12. A partir das seguintes informações, esboce o diagrama de fase do sistema Mg e Cu. 
Temperatura de fusão do cobre = 1085 °C; temperatura de fusão do Mg = 648 °C; 
temperatura de fusão do MgCu2 = 800 °C; temperatura de fusão do Mg2Cu = 580 °C. Há 
eutéticos com as seguintes composições em percentagem de Mg: 10% (T = 690 °C), 33% (T 
= 560 °C) e 65% (T = 380 °C). Prepara-se uma amostra da liga de Mg e Cu, com 25% de 
Mg, num cadinho aquecido a 800 °C, em atmosfera inerte. Descreva o que é observado se o 
líquido for lentamente resfriado até a temperatura ambiente. 
 
13. O diagrama abaixo apresenta algumas curvas de resfriamento de uma mistura líquidas 
de dois componentes, A e B, sob pressão constante. A partir da análise destas curvas, trace 
o diagrama de equilíbrio sólido-líquido correspondente e responda os itens abaixo: 
a) qual a temperatura e a composição aproximada do eutético? 
b) qual dos dois componentes pode ser obtido por resfriamento de uma solução com 20 % 
de B? 
c) Partindo-se de 100 g de uma mistura com 80 % em peso de B, qual a massa de B sólido 
presente a 500 °C? 
d) Qual a máxima quantidade de B sólido puro que pode ser obtida por resfriamento da 
mistura citada em c? A que temperatura deve ser suspenso o resfriamento? 
 
 
 
 
14. A partir da analise do diagrama de fase hipotético mostrado abaixo, identifique as fases 
presentes nas área numeradas, determine a fórmula empírica do composto formado e calcule a 
quantidade máxima de composto que pode ser obtido na fase sólida quando a fração molar de 
B for igual a 0,5. 
 
 
 
 
15. As temperaturas aproximadas de solidus e liquidus para o sistema cobre-níquel 
são dadasna tabela a seguir. Construa o diagrama de fases na Figura 1 para esse 
sistema e identifique cada região (informe as fases presentes nas regiões). 
 
Figura 1 Diagrama temperatura x composição do sistema de ligas Cobre – Níquel 
para construção do diagrama de fases. 
 
16. Considere o resfriamento da liga chumbo-estanho Pb-Sn50, que ocorre em condições de 
equilíbrio estável a partir do estado líquido (linha pontilhada no diagrama da figura a seguir). 
Responda para cada uma das temperaturas de 300 e 150 oC às seguintes questões: 
a) Quais as fases presentes na liga nestas temperaturas? 
b) Qual a composição química aproximada de cada fase? 
c) Quais as quantidades relativas em peso de cada fase? Existe diferença entre as 
quantidades relativas de fases da liga a 150 oC e à temperatura ambiente? Justifique 
a sua resposta. 
% Ni T (oC) 
solidus 
T (oC) 
liquidus 
0 1085 1085 
10 1126 1148 
20 1155 1193 
30 1197 1240 
40 1235 1280 
50 1270 1315 
60 1308 1350 
70 1348 1382 
80 1388 1405 
90 1420 1430 
100 1453 1453 
 
 
17. Os seguintes dados foram obtidos pela análise térmica de misturas líquidas 
de Mg e Si: 
a) Construa o diagrama de fases do sistema considerado e determine a fórmula 
do 
composto, se existir. 
b) Quanto silício puro se pode obter pelo resfriamento, até 1000 oC, de 10 kg do 
líquido 
que contém 30 % de Mg? Qual a composição do líquido remanescente? 
Resposta: a) Fórmula do composto: Mg2Si; b) Quantidade de Si cristalizado: 2,5 
kg 
de Si. 
 
 
 
 
18. Determine a composição e a quantidade relativa de cada fase presente em 
equilíbrio em uma liga Cu-40%Ni, nas temperaturas de 1300ºC, 1270ºC, 1250ºC 
e 1200ºC. Quantos gramas de níquel devem ser adicionados a 500g de cobre 
para produzir uma liga que tenha temperatura liquidus de 1350ºC? Qual a razão 
entre o número de átomos de níquel e o número de átomos de cobre nesta liga? 
MNi = 58,7; MCu 
= 63,55. 
 
 
 
 
19. Considere a liga Pb-15%Sn. Durante a solidificação, determine: 
a- A composição do primeiro sólido que se forma; 
b- As temperaturas liquidus, solidus e solvus, bem como o intervalo de 
solidificação da liga; 
c- A composição e quantidade relativa de cada fase em equilíbrio a 260ºC; 
d- Idem, a 183ºC; 
e- Idem, a 25ºC. 
 
 
 
 
20. Considere o diagrama de fase ternário mostrado abaixo. Determine a 
temperatura liquidus, o primeiro sólido que se forma e as fases presentes na 
temperatura ambiente para as seguintes composições: (a) 30%B-20%C, balanço 
de A; (b) 10%B-25%C, balanço de A; (c) 60%B-10%C, balanço de A.