Revisa AV2 Termodinâmica

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AV2: REVISÃO E EXERCÍCIOS
Maiara Fernanda Souza Pinto
termodinâmica das soluções
Medidas de Concentração:
Concentração molar [J] ou (c): Usada quando se deseja saber...
N° de moles do soluto em determinado volume de solução.
Molalidade (b): Usada quando se deseja saber...
Quantidades relativas de soluto e solvente na solução.
»	Fração Molar (x): Usada quando se deseja saber...
Quantidades relativas de soluto e solvente na solução.
Definição : O volume parcial molar ( que pode ser positivo ou negativo) é o coeficiente angular da curva do volume total da amostra pelo numero de moles de um dos componentes, quando são mantidos constantes a Pressão; a temperatura; e a quantidades dos outros componentes 
Misturas de dois componentes A e B
Quantidade de A, (nA)
Volume Parcial Molar
3
4
Energia de Gibbs da Mistura: Gases Ideais.
»	Na condição de pressão e temperatura constantes, os sistemas tendem a minimizar a energia livre de Gibbs.
Para um sistema binário (dois componentes):
Na condição de temperatura constante (substância pura):
No caso de gases ideais sob temperatura constante:
Descrição Termodinâmica das Misturas
4
5
Misturas Simples
Energia de Gibbs da Mistura: Gases Ideais.
A “energia de Gibbs da mistura” :
Descrição Termodinâmica das Misturas
5
6
Energia de Gibbs da Mistura: Soluções Ideais.
»	Soluções Ideais: Lei de Raoult.
»	Soluções Reais: Lei de Henry.
Nota: Misturas nas quais 
o solvente segue a Lei de Raoult e 
o soluto segue a Lei de Henry são 
chamadas de soluções diluídas ideais.
Descrição Termodinâmica das Misturas
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7
Energia de Gibbs da Mistura: Soluções Ideais.
A partir da Lei de Raoult, a equação para o potencial químico de uma substância em uma solução ideal é escrita como:
»	Nota: Esta equação pode ser utilizada como a definição de solução ideal, tornando a Lei de Raoult uma conseqüência.
(Exemplo: pV = nRT  Leis de Boyle, Charles & Dalton)
»
Descrição Termodinâmica das Misturas
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1-A 293 K, a massa específica de uma solução a 20% ponderais de etanol em água é 968,7 mg /cm³. O volume parcial do etanol na solução é 52,2 cm³/mol. Calcule o volume parcial da água.
2- Uma solução contem 5g de ureia em 100g de água. Qual será a pressão de vapor desta solução a 298k quando a pressão de vapor da agua pura e 23, 756 torr?
3. O benzeno e o tolueno formam soluções quase ideais. O ponto de ebulição do benzendo puro é de 80,1 °C. Calcule o potencial químico do benzeno em relação ao benzeno puro quando x benzeno= 0,30 no ponto de ebulição. 
A partir da Lei de Raoult, a equação para o potencial químico de uma substância em uma solução ideal é escrita como:
 Como na questão vem dizendo que formam soluções quase ideais, M=Mb, logo, podemos reescrever a equação acima como 
RTlnxB = (8.314 J K-I mol-I) x (353.3 K) x (In 0.30) = aproximadamente 3536 J mol
Propriedades coligativas
Propriedades relativas a transições de fase, que dependem do número de partículas de soluto, ao invés da identidade do soluto, sob condições diluídas:
Abaixamento da temperatura de fusão;
Diminuição da pressão de vapor;
Elevação da temperatura de ebulição;
Pressão osmótica;
Soluto não-volátil, ou seja, a pressão de vapor é contribuição inteiramente do solvente;
O soluto não se dissolve no solvente sólido, ou seja, na fase sólida temos uma total segregação de componentes.
Quanto maior for o número de partículas do soluto dissolvidas, maiores serão os efeitos coligativos
Regra das fases de Gibbs
V = C - P + 2
Esta é a regra das fases de Gibbs 
Onde 
V = variância ou graus de liberdades
C = no. de componentes
P = no. de fases
–
Ex. diagrama da água
Vamos resfriar o sistema a partir da temperatura do ponto a:
A: monofásico; 
V = 1- 1 + 2 = 2;
B: bifásico
V = 1 – 2 + 2 = 1
C: monofásico V = 2
D bifásico V = 1
E: monofásico V = 2
Interpretação dos diagramas pressão X composição
Ponto a: somente líquido:
Pressão diminui até p1: líquido e vapor passam a coexistir; neste ponto a composição do líquido é a1 e do vapor a1’ (notar que a composição do líquido é praticamente igual a global)
Pressão diminui até p2: líquido e vapor coexistem em proporções observáveis; neste ponto a composição do líquido é a2 e do vapor a2’
Pressão cai para p3: ainda há as 2 fases, mas a composição do vapor é praticamente igual a global
Quantidades relativas das fases: regra da alavanca:
nl  = nl 
n : quantidade da fase 
l : comprimento do segmento correspondente à fase  
n : quantidade da fase 
l : comprimento do segmento correspondente à fase 
Fração de uma dada fase
Proporções relativas entre as fases: regra da alavanca
l 
 l  + l 
f = 
0,35	0,44	0,77
Fase 
Fase 
global
Diagramas T vs composição
Composição do vapor: curva superior
Composição do líquido: curva inferior
Líq. A é mais volátil (TB>TA)
Composição a1: ebulição em T2: compsição do líquido a2 e do vapor a2’;
Se resfriarmos o vapor a2’ até sua condensação: líquido será a3 (composição igual a a2’)
Vapor em equilíbrio com líquido a3: composição a3’
Interações intermoleculares reduzem a pressão de vapor da mistura: azeótropo com máximo
Ex. Acetona 80%/CHCl3: Teb: 64,7°C
Composição a: 
Teb: liq. a2, vapor a2’ 
Se este vapor for removido, composição do líquido desloca para a3 (eq. c/ a3’)
Sucessivamente até adquirir composição b: composições do líquido e do vapor são iguais:
Composição azeotrópica: não é possível separar os componentes por destilação!
Desvios do comportamento ideal: azeótropos 
5- Explique como o gráfico justifica as propriedades coligativas discutindo o papel da entropia.
Todas as propriedades coligativas decorrem do abaixamento do potencial químico do solvente em uma solução (consideramos tanto o sólido quanto o gás puros), no gráfico, podemos perceber com o aumento da desordem (entropia), o solvente se separa na sua forma pura.
6. O que são propriedades coligativas e que efeitos causa na mistura?
Abaixamento da temperatura de fusão;
Diminuição da pressão de vapor;
Elevação da temperatura de ebulição;
Pressão osmótica;
7. A substância x tem PF e PE normais de 83,8 k e 87,3k, o ponto triplo, encontra-se a 89,8 K e a 0,7 atm. O ponto crítico, a 151 k e 48 atm. Determine qual o estado físico desta substância nas seguintes condições : a)0,9 atm e 90k b)0,7 atm e 80k c) 0,8 atm e 88k d)0,8 atm e 84 k e)1,2 atm e 83,9 k
Primeiro, constroe-se o gráfico P x T, olha o máximo e mínimo tanto da pressão quanto temperatura para distribuir os pontos. Depois liga-se os pontos e observa o estado físico.
P atm
151 (T k)
48
1
0,5
90
80
85
s
l
V
pt
pc
Vapor
Sólido
Vapor
Sólido
Líquido
8- Os seguintes dados foram obtidos medindo-se os pontos de ebulição a 1 atm de soluções de cloreto de carbono (CCl4) e clorofórmio(CHCL3):
P.E.°C
120,8
108,5
100,8
89,3
83,5
79,9
76,9
Fraçãomolar CCl4 no líquido
0
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Fraçãomolar CCl4 no vapor
0
0,469
0.679
0,861
0,918
0,958
1
Construa o gráfico ponto de ebulição-composição e dar as fases que estão em equilíbrio nas regiões do gráfico.
Utilizando o gráfico (a) das:
b) A temperatura de ebulição e a composição da faz liquida e vapor que estão em equilíbrio quando se tem quantidades iguais dessas fases para um sistema de composição x=0,30 para o cloreto de carbono.
c) As quantidades relativas das fases em equilíbrio no sistema da composição quando X=0,50 , quando a composição da fase líquida é X=0,20
Resolvendo o item a) Construa o gráfico ponto de ebulição-composição e dar as fases que estão em equilíbrio nas regiões do gráfico
Utilizando o gráfico (a) das:
b) A temperatura de ebulição e a composição da faz liquida e vapor que estão em equilíbrio quando se tem quantidades iguais dessas fases para um sistema de composição
x=0,30 para o TETRAcloreto de carbono.
Para saber a Temperatura de ebulição, traça-se uma linha até uma posição que esteja entre o liquido e o vapor, o que chamamos de ponto M. cujo o valor foi de aproximadamente 106 (representado pela linha verde).
A composição da fase, liquida x=0,11 Aproximadamente (representada pela linha vermelha); e do de vapor x=0,48 (representada pela linha azul).
M
M
X=CCl4
T(k)
c)As quantidades relativas das fases em equilíbrio no sistema da composição quando X=0,50 , quando a composição da fase líquida é X=0,20
Loca-se o ponto x=0,20, composição de vapor é 0,59 ou 59% (representada pela retas verdes.
No ponto x=0,50,(linha azul) por estar entre as duas linhas, resolve-se pela regra da alavanca:
Xv=0,5 -0,2/ 0,6-0,2= 0,75 ou 75%
Xl= 0,6-0,5/ 0,6-0,2= 0,25 ou 25%
Cinética Química
Existem quatro fatores importantes que afetam as velocidades das reações:
o estado físico do reagente,
as concentrações dos reagentes,
a temperatura na qual a reação ocorre 
 a presença de um catalisador
Condições para ocorrência das reações:
afinidade entre os reagentes;
contato apropriado entre os reagentes
 da frequência dos choques;
 da energia (violência) dos choques  colisões eficazes;
 orientação apropriada das moléculas.
3. Energia de ativação 
A B AB C D
+
+
energia de 
ativação
reagentes 	 complexo 	 produtos
energia de 
formação
+
+
EAB
EA+B
EC+D
Velocidade = k[A][B]
Resumo da cinética de reações de ordem zero, 1ª ordem e 2ª ordem
ln[A] = ln[A]0 - kt
A reação de 2NO(g)+O2(g) → 2NO2(g) ocorre quando a exaustão dos automóveis liberam NO na atmosfera. Escreva a lei de velocidade de consumo do NO, determine o valor de K e diga a ordem total da reação sabendo que:
Concentraçãoinicial (mol/L)
Experimento
NO
O2
Velocidade inicial (mol/L/s)
1
0,012
0,020
0,102
2
0,024
0,020
0,408
3
0,024
0,040
0,816
Primeiro, descobre-se a ordem da reação por etapa;
Depois escreve a lei da velocidade;
Calcula K.
De NO 2X a concentração para 4x a velocidade, logo a ordem é 2.
O2 2x a concentração para 2x a velocidade, logo a ordem é 1.
Se quisermos descobrir a CONSTANTE velocidade de NO
NO= K [NO]2 [O2] (LEI DA VELOCIDADE)
0,816=K [0,024] 2[0,040]
K=3,5 x 104 L2.mol. -2s-1 .J
4x
2x
2x
2x
Velocidade = k[A][B]