DIAGRAMA DE FASES TERNÁRIO

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Universidade Estadual do Centro Oeste do Paraná –
UNIOESTE
Centro de engenharias e ciências exatas - CECE
DIAGRAMA DE FASES TERNÁRIO
Alunas: Dheniffer S.O. Buffon
 Lúcia Mártires Costa
 
Relatório parcial referente a disciplina de Físico-Química do curso de Química Bacharelado 5° semestre, visando a obtenção de nota parcial. Ministrada pelo professor Douglas Dragunski.
Toledo - PR
2018
1 INTRODUÇÃO
O diagrama mostra o equilíbrio entre várias fases de substâncias que constituem um sistema. Todo o trabalho em diagramas de equilíbrio tem por base a regra das fases de Willard Gibbs. Para que um sistema se encontre em equilíbrio termodinâmico, e, temperatura e pressão uniformes, o potencial químico ou a pressão de vapor de cada constituinte deverá apresentar o mesmo valor em qualquer ponto da fase. O diagrama de equilíbrio é uma expressão gráfica da regra das fases cuja expressão matemática é a seguinte:1
 P+F=C+2 (1)
Onde C é o número de componentes de um sistema, P o número de fases presente em equilíbrio e F graus de liberdade do sistema (variância). A regra das fases aplica-se apenas a estados de equilíbrio termodinâmico, o que exige simultaneamente equilíbrio homogêneo dentro de cada fase, e equilíbrio heterogêneo entre fases coexistentes. A regra não depende da natureza dos componentes ou da natureza e quantidade das fases presentes, mas simplesmente do seu número.1
Em um diagrama de fases ternário as composições podem ser representadas por coordenadas triangulares, como se ilustra na figura 1. Nesta figura, cada aresta do triângulo equilátero é dividida em 100 partes, sendo cada divisão intersectada por segmentos de reta paralelos às outras duas arestas do triângulo de composições. Um dos vértices, por exemplo C, é composto unicamente pelo componente C puro. Um ponto sobre a linha A-B é composto unicamente pelos componentes A e B, e não contem C. A distância relativa de um ponto qualquer a cada um dos vértices pode exprimir-se em porcentagem de mistura ternária de componentes A, B e C.1
Figura 1: Diagrama de fases ternário
Se conhecidas as composições químicas das matérias primas de interesse e a composição química da composição que se deseja obter (por exemplo a composição de uma fase cerâmica), pode-se determinar matemática e geometricamente as proporções das matérias primas para que essa composição (ou fase) seja alcançada.2
Se juntar duas misturas M e N, a composição Q da mistura resultante estará sobre o segmento de reta MN e num ponto tal que divida esse segmento em dois inversamente proporcionais às quantidades das misturas originais.2
Para três misturas quaisquer num sistema ternário, a composição da mistura resultante pertence ao triângulo formado pelas três misturas originais e localiza-se no seu centro de gravidade. Inversamente, quando uma mistura se desdobra em três fases de composições diferentes, essas três fases definem um triângulo (chamado de triângulo conjugado) cujo centro de gravidade é ocupado pela mistura original. Se uma quantidade de um componente é adicionada ou subtraída de uma mistura ternária e os outros dois componentes são mantidos constantes, a mudança da composição segue através de uma linha reta interior ao triângulo que representa os 3 componentes.2
2 OBJETIVO
Construção e interpretação do diagrama de fases ternário e explicação da miscibilidade dos constituintes em solução.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais
Bureta 25 mL
Erlenmeyer 50 mL
Béquer 100 mL
Pipeta pasteur
Água destilada (H2O)
Acetato de etila (C4H8O2)
Acetona (C3H6O)
3.2 Métodos
Pegou-se três buretas de 25 mL. Estas foram completadas, respectivamente com água, acetato de etila e acetona. Na sequência foram adicionados em cada um dos erlenmeyer (total 12) os volumes de água e acetato de etila equivalentes. Com o auxílio de uma terceira bureta, foi adicionado em cada erlenmeyer que já continha água e acetato de etila, volumes de acetona suficiente para eliminar a opalescência da mistura tornando-a transparente. Ao final, os volumes de acetona necessários para a eliminação de opalescência foram anotados para posterior construção do diagrama de fases ternário. 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para construir o diagrama de fases ternário, foi feito uma sequência de experimentos para descobrir a miscibilidade da água em acetona e acetato de etila.
Primeiramente pegou-se uma bureta e a mesma foi completada com água e acetato de etila, um por vez, ao término de cada procedimento foi feito a lavagem da bureta e o ambiente com o respectivo liquido a ser posto em seguida, assim foram adicionados em 12 erlenmeyers os volumes descritos na tabela 1.
Tabela 1 – Volumes de acetato de etila e água
	Frasco
	V. de acetato (mL)
	V. de água (mL)
	1
	3
	22
	2
	4
	21
	3
	6
	19
	4
	9
	16
	5
	11
	14
	6
	14
	11
	7
	16
	9
	8
	19
	9
	9
	20
	5
	10
	21
	4
	11
	22
	3
	12
	23
	2
As misturas de acetato de etila e água não formaram uma fase miscível, pois a solução ficou esbranquiçada com os dois líquidos juntos, isso acontece, pois, os dois líquidos não tem a mesma polaridade. O acetato de etila, figura 1, nos mostra duas extremidades em sua estrutura, uma polar, que irá interagir com a água, e outra parte apolar, que não irá interagir com a água, assim o acetato de etila é polar, porém com uma polaridade intermediaria, sendo assim os dois líquidos não serão completamente miscíveis, pois a água, figura 2, é extremamente polar. 
Figura 1 – Estrutura química do acetato de etila
Figura 2 – Estrutura quimica da água
Em seguida foi completada uma bureta com acetona e adicionado, em cada erlenmeyer que já continha os outros dois líquidos, volumes suficientes para que a solução ficasse límpida (miscível), ao final anotou-se na tabela 2 os volumes de acetona necessários para a eliminação da fase imiscível. A escolha da acetona foi feita pois a mesma é completamente solúvel em agua e acetato de etila, assim entrará no meio para ajudar a miscibilidade dos dois líquidos que são parcialmente miscíveis.
Tabela 2 – Volumes de acetona necessários para retirar a opalescência
	Frasco
	V. de acetato (mL)
	V. de água (mL)
	V. de acetona (mL)
	1
	3
	22
	6,5
	2
	4
	21
	9,82
	3
	6
	19
	12,9
	4
	9
	16
	15,1
	5
	11
	14
	16
	6
	14
	11
	17,3
	7
	16
	9
	17,2
	8
	19
	9
	16,4
	9
	20
	5
	15,2
	10
	21
	4
	14,55
	11
	22
	3
	12,35
	12
	23
	2
	9,5
Observa-se que em proporções pequenas de acetato de etila e altas proporções de agua é necessária pouca acetona para ajudar na miscibilidade, isso ocorre, pois, o volume de acetato é tão insignificante na solução que praticamente a solução é só água, assim precisa-se muito pouco de acetona para os líquidos serem miscíveis. Do mesmo modo para quando se tem poucas proporções de agua e altas proporções de acetato. Anotados os volumes de acetona necessários, determinou-se a porcentagem de cada espécie presente na solução obtida, os valores obtidos foram postos na tabela 3. 
Tabela 3 – Porcentagem relativa de cada componente
	Frasco
	% Ac. de etila 
	% Água 
	% Acetona
	1
	9,52
	69,84
	20,63
	2
	11,48
	60,31
	28,20
	3
	15,83
	50,13
	34,03
	4
	22,44
	39,90
	37,66
	5
	26,83
	34,15
	39,02
	6
	33,10
	26
	40,90
	7
	3710
	21,32
	40,75
	8
	45,89
	14,49
	39,61
	9
	49,75
	12,43
	37,81
	10
	53,10
	10,11
	36,79
	11
	58,90
	8,03
	33,07
	12
	66,67
	5,80
	27,53
Foi construído um diagrama triangular de fases em papel milimetrado com os dados de porcentagem de cada componente, onde os pontos A, B e C, nos vértices do triângulo, representam 100% de A, 100% de B e 100% de C, as linhas colaterais a AB representa um sistema contendo 0% de C, igualmente para os pontos AC E BC, cada reta dentro do triangulo representa10 % dos constituintes. Cada ponto representa um sistema contendo as porcentagens de cada frasco. A distância do ponto a um dos lados representa a percentagem do componente apontado no vértice contrário a este lado. O diagrama está anexado juntamente ao relatório. 
Para compreensão do diagrama de fases, mostra-se a figura 3 semelhante ao diagrama de fases construído. A parte interna da parábola é onde as misturas não são miscíveis, formando suas fases distintas a determinadas proporções, porem acima da parábola, indica que em quaisquer proporções as misturas são miscíveis formando uma fase. 
Figura 3 - Diagrama triangular de fases da água, acetona e acetato de etila
5 CONCLUSÃO
A agua e o acetato de etila são parcialmente miscíveis sendo assim necessária a ajuda de um terceiro liquido na miscibilidade, sendo a acetona, pois a mesma é solúvel em ambos, com isso construiu-se o diagrama de fases ternários com as porcentagens de cada componente, podendo observar que em determinadas proporções os líquidos são miscíveis e em outras não são miscíveis. 
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] Diagramas de fase ternários. M. CLARA GONÇALVES IST MAIO, 1994. Disponível em: < https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/3779578030027/DT.pdf>. Acesso em: 01 de julho de 2018.
[2] Diagramas de equilíbrio ternário. Disponível em: <http://www.portalsaberlivre.com.br/manager/uploads/educacional/1361305097.pdf>. Acesso em: 01 de julho de 2018.
QUESTÕES:
Qual a importância de se utilizar um diagrama de fases?
Dá informações sobre microestrutura e propriedades mecânicas em função da temperatura e composição; permite a visualização da solidificação e fusão; prediz as transformações de fase; dá informações sobre outros fenômenos.
Indique uma aplicação prática deste diagrama.
Metalurgia extrativa: Equilíbrios gás-sólido (por exemplo Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3, CO, C, CO2), líquido-líquido (por exemplo metal líquido/escória), sólido-líquido (por exemplo precipitação), e equilíbrios eletroquímicos.
Escolher um ponto abaixo da curva e um ponto acima da curva e determinar a sua composição em relação aos 3 componentes.