11 Aula diagramas de fase

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Diagramas de Fase1
Objetivos:
• Interpretar diagramas de fases de substâncias puras
• Deslocamento da fronteira entre as fases
• Interpretar diagramas de fases de compostos
• Diagramas de misturas líquidas• Diagramas de misturas líquidas
• Diagramas de pressão de vapor
• Diagramas de temperatura – composição
• Graus de liberdade
• A regra das fases
• A regra da alavanca
• Destilação de líquidos azeótropos
• Sistemas ternários
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Equação de Clayperon
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Diagramas de fase da água
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Diagramas de fase do CO2
Sólido, líquido e vapor
5 Exercício
Use o diagrama de fase do CO2 para descrever as mudanças de fase quando 
variam as seguintes condições:
A) de 50K para 350K a uma pressão de 1,00 bar
B) de 50K para 350K, a uma pressão de 10 bar
C) de 1 bar para 100 bar, a uma temperatura de 220 K
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Diagramas de fase do S8
Sólido-sólido, líquido e vapor
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8
Diagramas de fase do Carbono
Sólido-sólido, líquido e vapor
TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA DO ESTANHO
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http://www.periodictable.ru/index_en.html
(em russo com versão em inglês)...
Ele foi filmado por 30 horas e depois acelerado para que coubesse em 15 segundos (1 s 
= 2 h de tempo real).
Vemos um disco de estanho (Sn) metálico (d = 7,29 g/cm3), também chamado 
estanho branco ou beta, condutor metálico, que é estável à temperatura ambiente. 
Abaixo de 13,2 oC, a forma mais estável do elemento é o chamado estanho cinzento 
(ou alfa), semicondutor, menos denso que o alótropo beta (d = 5,77 g/cm3). A 
conversão de Sn beta em alfa é muito lenta a 0 oC mas é acelerada a temperaturas 
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conversão de Sn beta em alfa é muito lenta a 0 oC mas é acelerada a temperaturas 
mais baixas. No experimento, o bloco de Sn beta é colocado a -38 oC. A partir de 
núcleos iniciais, a transformação começa... como o Sn alfa é menos denso e a massa 
do elemento se conserva, vemos o aumento do volume do metal e a perda de brilho 
inicialmente visto.
www.facebook.com/QualitativaInorgUfrj/videos/1165435216818882/
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Diagramas de fase Sólido Líquido
Ferro-Carbono
Diagramas de Fase11
Objetivos:
• Interpretar diagramas de fases de substâncias puras
• Deslocamento da fronteira entre as fases
• Interpretar diagramas de fases de compostos
• Diagramas de misturas líquidas• Diagramas de misturas líquidas
• Diagramas de pressão de vapor
• Diagramas de temperatura – composição
• Graus de liberdade
• A regra das fases
• A regra da alavanca
• Destilação de líquidos azeótropos
• Sistemas ternários
Deslocamento da fronteira entre as fases12
Equação de Clapeyron
Equação de Clausius-Clapeyron
Exercício:Exercício:
Calcule a pressão necessária para fundir água a -10oC, sabendo que o volume molar 
da água líquida é 18,01 mL e que o volume molar do gelo é 19,64 mL. ∆S molar para o 
processo é +22,04 J/K. Admita que estes valores permanecem relativamente 
constantes com a temperatura. Você precisará do seguinte fator de conversão: 1L.bar 
= 100 J
Interpretar diagramas de fases de compostos
Diagramas de misturas líquidas
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Variando Pressão, T = cte Variando Temperatura, P=cte
líquidolíquido
vapor
L+v
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Fazer no quadro
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Destilação Fracionada
Utilizada quando a diferença nas 
temperaturas de ebulição de 
dois líquidos miscíveis é reduzida.
O vapor (contendo A e B) é 
recolhido e condensado. Este 
condensado é aquecido condensado é aquecido 
novamente e o vapor gerado 
(mais rico no componente com 
menor temperatura de ebulição) 
será condensado novamente.
Este ciclo se repete inúmeras 
vezes, até separar o 
componente mais volátil quase 
puro.
Interpretar diagramas de fases de compostos
Diagramas de misturas líquidas
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Destilação simples – separação de misturas voláteis
Vapor contendo A e B, mas rico em A
Mistura de A e B
Sendo que PoA > PoB
Vapor liquefeito 
contendo A e B, mas 
rico em A
Interpretar diagramas de fases de compostos
Diagramas de misturas líquidas
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Destilação fracionada – separação de misturas voláteis
Para obter a mistura separada é 
necessário repetir várias vezes o 
processo de destilação
ou
Destilação em coluna de 
fracionamento.
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Uma coluna de
fracionamento é projetada
para realizar uma série de
condensações de vapor e
vaporização contínua de
Colunas de Fracionamento
vaporização contínua de
condensado, ou seja, uma
destilação fracionada é
composta por várias micro-
destilações simples
sucessivas.
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Ao iniciar o aquecimento da mistura contida no balão de
destilação, dois líquidos entram em ebulição e começam a
subir a coluna de fracionamento.
O líquido que tem maior pressão de vapor se volatiliza primeiro
e ganha a coluna de fracionamento. À medida que o vapor
de líquido mais volátil sobe pela coluna ocorre perda de
energia e consequentemente as moléculas se condensam,
Colunas de Fracionamento
energia e consequentemente as moléculas se condensam,
ocasionando o retorno do líquido, que se choca com as
moléculas que estão subindo a coluna, enriquecendo o vapor
com o componente mais volátil.
Apenas uma parte do líquido mais volátil no estado gasoso
consegue sair da coluna.
Quanto maior a superfície de contato da coluna, maior sua
capacidade em separar os componentes.
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Aplicação Industrial
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Azeótropos - Misturas azeotrópicas
Na composição azeotrópica:
composição do vapor = 
composição líquido.
Portanto a destilação não 
contribui mais para a separação 
dos dois líquidos.
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Azeótropos - Misturas azeotrópicas
Exemplo de misturas azeotrópicas de 
máximo:
-HCl e H2O (20/80 % m/m) a 108,6 oC.
- CHCl3 e acetona (80/20) a 64,7oC.
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Azeótropos - Misturas azeotrópicas
Na composição azeotrópica:
composição do vapor = 
composição líquido.
Portanto a destilação não 
contribui mais para a separação 
dos dois líquidos.
Exemplo: Etanol/água 96/4
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Líquidos parcialmente miscíveis
Líquidos parcialmente solúveis 
não se solubilizam mutuamente 
em todas as proporções, em 
todas as temperaturas.
Separação entre fases:
Em a existem 2 fases de composição a’ e a”, 
líquido
líquidos
Em a existem 2 fases de composição a’ e a”, 
rica em hexano e rica em nitrobenzeno, 
respectivamente
Fase rica em 
hexano Fase rica em 
nitrobenzeno
Acima de Tcs (temperatura crítica de solução) 
os componentes são completamente miscíveis
líquido
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Líquidos parcialmente miscíveis
Exercício:
Prepara-se, a 290 K, uma mistura de 50g de hexano (0,59 mol) e 50g de 
nitrobenzeno(0,41 mol). Quais as composições das fases e em que proporções 
ocorrem? A que temperatura a amostra deve ser aquecida para que se tenha uma 
só fase no sistema? Qual é a proporção entre no número de mols das duas fases?
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Líquidos parcialmente miscíveis
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Destilação de Líquidos parcialmente miscíveis
Separação entre fases:
L+v
Ponto
Azeotrópico
Fase rica em B
Fase rica A
miscível
imiscível
lmiscível
miscível
miscível
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Destilação de Líquidos parcialmente miscíveis
Separação entre fases:
Não há temperatura crítica superior 
de solução.
Em a1: líquido miscível rico em B
Em a2: formação de vapor de 
composição b1
Em b1: vapor formado que, 
Fase rica em B
Em b1: vapor formado que, 
liquefeito, forma b3;
Em b3: líquido de duas fases b3´e
b3”, ricas em A e B , 
respectivamente.
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Destilação de Líquidos parcialmente miscíveis
Separação entre fases:
Azeótropo heterogêneo: o vapor tem a 
mesma composição global do líquido 
Na isopleta e:
Em e1 líquido com duas fases, que 
quando aquecido, forma vapor em e2;
Em e2: vapor formado tem a mesma 
composição das fases líquidas em 
equilíbrio, portanto azeótropo
heterogêneo.Fase rica A
Exatamente nesta 
temperatura co-existem:
Um líquido rico em B
Um líquido rico em A
Um vapor contendo A e B de 
composição idêntica à 
composição global do 
líquido. 
mesma composição global do líquido 
(duas fases).
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Destilação de Líquidos parcialmente miscíveis
Exercício:
Considere o diagrama abaixo de um sistema parcialmente miscível. 
Quais as fases presentes nos pontos a1, a2, b1, c e b3?
Diagrama de fases líquido-sólido
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Na isopleta a:
a1: líquido miscível de A+B
a2: ao resfriar a1, surge a fase sólida (B puro) em 
equilíbrio com o líquido (A+B misturados);
a3: a mistura heterogênea a2 foi resfriada e mais 
B puro sólido foi depositado e a fase líquida (b3) 
tem a mesma quantidade em mols da fase sólida 
fronteira 
sólido/líqui
do = fusão
Ponto 
eutético:
Mistura com 
a menor 
tem a mesma quantidade em mols da fase sólida 
(regra da alavanca).
a4: ao resfriar a3, mais sólido B puro foi 
depositado e a fase líquida será menor que a 
fase sólida (regra da alavanca). Quando a4 é 
atingido, forma-se um líquido e que solidifica 
formando duas fases puras de A e B.
a menor 
temperatura 
de fusão
Um líquido eutético congela formando A e B 
sólidos puros, sem deposição prévia de sólidos.
Um sólido eutético funde formando um líquido 
fundido de mesma composição do sólido.
Mistura 
eutética
Pb/Sn 
33/67 %, 
funde a 
183oC.
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Diagrama de fases ternário
Sistemas que envolvem três componentes são mais facilmente representados em 
diagramas ternários, sendo que a variância é F = 3-P+2 = 5-P. Se houver uma fase 
presente, será necessário conhecer 4 variáveis (P, T, composição A e B, por 
exemplo).
Portanto, nos diagramas ternários P e T são mantidos constantes de modo que F = 
2, se houve uma fase presente.
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=mIjbkhpwo_Q
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Diagrama de fases ternário
A análise do diagrama ternário é realizado da seguinte forma:
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Diagrama de fases ternário
A análise do diagrama ternário é realizado da seguinte forma:
Fonte: https://www.csun.edu/~jeloranta/CHEM355L/experiment5.pdf
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Diagrama de fases ternário: Tipos de diagrama
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Diagrama de fases ternário
Qual a composição da mistura:
50% de CH3COOH
40% de água
10% de CH3Cl
Qual a composição da mistura:
10% de CH3COOH
20% de água
70% de CH Cl70% de CH3Cl
A mistura global é homogênea 
se contiver:
30% de CH3COOH
10% de água
60% de CH3Cl
A mistura de clorometano e 
água é miscível em qual faixa de 
composição?
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Diagrama de fases ternário
Ponto crítico: a 
composição das 
duas fases 
formadas são 
iguais.
Linha de amarração
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Diagrama de fases ternário: efeito da temperatura
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Diagrama de fases ternário: efeito da do íon comum