Lista de exercícios: Diagramas de fase (FISQUI 2 + gabarito)

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Lista de exercícios 
 
 
1. Com base nos diagramas de fase abaixo, 
responda: 
a) Quantas fases estão presentes em cada 
um dos pontos marcados na figura abaixo? 
b) Quantos graus de liberdade há em cada 
ponto? 
 
 
c) No ponto crítico da água, a temperatura e 
a pressão continuam a serem aumentadas 
mutuamente; 
d) Descreva a dependência dos pontos de 
congelamento e de ebulição com a pressão para 
a água 
e) O que são os pontos A, B, C e D no 
diagrama de fases da água? 
f) O que são os pontos X, Y e Z no 
diagrama de fases do CO2? 
g) Discorra as particularidades dos 
diagramas de fase da água e do CO2. 
 
2. A seguir está mostrado o diagrama de 
fases do carbono. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Com base neste diagrama, responda: 
a) Quantos pontos triplos existem e quais são 
as fases que podem coexistir em cada ponto 
triplo? 
b) Qual fase tem maior densidade, grafite ou 
diamante? 
c) Diamante sintético pode ser feito a partir de 
grafite. Usando o diagrama de fases, como você 
procederia para fazer diamante? 
 
3. Considere os diagramas de fases da H2O 
e do CO2 apresentados a seguir. Descreva o 
sistema nas seguintes situações: 
a) No ponto triplo da água, a temperatura é 
diminuída a pressão constante; 
b) Em algum lugar ao longo da curva sólido-
líquido da água, a pressão é aumentada à 
temperatura constante; 
 
 
 
 
 
 
4. As pressões de vapor do sódio líquido 
são 
P/ Torr 1 10 100 
T/ oC 439 549 701 
 
(a) A partir destes dados e utilizando um 
computador para ajustar uma curva determine o 
ponto de ebulição para o sódio líquido em graus 
Celsius e Kelvin. 
(b) A curva obtida corresponde à fronteira de 
fase líquido-vapor. Explique em termos de 
propriedades intensivas o porquê da função 
obtida para o ajuste de curva. 
 
 
 
 
 
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5. Considere o diagrama de fases do iodo e 
responda às seguintes questões: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
546 oC 
 
 
 
 
a) O que são os pontos B, G e C, e a linha 
D? 
b) Para as seguintes condições indique qual 
fase tem o menor potencial químico: (i) 25oC e 1 
atm; (ii) 200oC e 5 atm; (iii) 373 K e 100 Pa. 
c) Qual a temperatura de ebulição do iodo? 
Justifique sua resposta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Gabarito 
 
 
1. a) Diagrama (a): P=1 em (a); P=2 em (b), (c) e (d). 
Diagrama (b): P=1 em (a); P=2 em (d); P=3 em (b) e (c) 
b) Diagrama (a): F=2 em (a); F=1 em (b), (c) e (d). 
Diagrama (b): F=2 em (a); F=1 em (d); F=0 em (b) e (c). 
 
2. a) Dois pontos triplos: (i) diamante/grafite/liquido; (ii) grafite/gás/liquido. 
b) Sendo d=m/V e Vα1/P, quanto maior a pressão, menor o volume. Portanto o diamante 
e mais denso. 
c) Em temperaturas abaixo de 4000K procede-se o aumento da pressão acima de 10 
GPa. 
 
3. a) No ponto triplo ha a coexistência de três fases da água (solido, liquido e vapor). Com 
a diminuição da temperatura a pressão constante ocorre a formação de mais fase solida. 
b) A curva solido-liquido da água possui coeficiente angular negativo. Portanto, partindo 
de qualquer ponto dessa curva, a temperatura constante, o aumento da pressão causa a 
fusão do solido. 
c) No ponto critico não ha distinção das fases liquida e vapor, uma vez que ambas 
possuem a mesma densidade. O aumento mutua da temperatura e da pressão não afeta a 
fase, sendo mantido fluido supercrítico. 
d) Para a curva solido-liquido, as temperaturas de congelamento diminuem com o 
aumento da pressão, mas somente uma pequena variação. Para as curvas liquido-vapor, as 
temperaturas de ebulição aumentam em grande escala com o aumento da pressão. 
e) A=ponto triplo. B=T fusão normal. C= T ebulição normal. D= ponto critico. 
f) X= ponto triplo. Y= T sublimação normal. Z = Ponto critico. 
g) No diagrama de fases da água a inclinação da curva solido-liquido e uma 
particularidade em destaque. As moléculas de água no solido estão arranjadas de forma a 
criar estruturas abertas e, portanto, volumosas. Ao se fundirem as moléculas colapsam e 
ocupam um volume menor. Assim, quanto maior for a pressão menor a temperatura 
necessária para manter a estrutura da água solida. No diagrama de fases do dióxido de 
carbono a particularidade eta no fato de que a formação da fase liquida ocorre somente em 
pressões mais altas que 5,11 atm. Assim, a pressão normal não ha temperatura em que este 
composto seja liquido. 
 
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4. a) Ebulição ocorre quando a pressão de vapor da substancia se iguala a pressão 
externa. No caso, quando a pressão de vapor for 760 torr. Graficamente observamos uma 
dependência não linear 
de P com T. Com o auxilio de um computador, obtivemos uma curva exponencial. 
Utilizando a equação da curva encontra-se o valor de 811oC. 
b) O crescimento exponencial da curva de P em função de T, sendo o lado esquerdo da 
curva a fase liquida e o lado direito a fase vapor, indica que o aumento da temperatura (eixo 
x) leva a expansão do gás, que possui maior volume que o liquido, e exerce maior pressão no 
sistema. Se o volume do vapor e do liquido fossem indiferenciaveis, o crescimento da curva 
seria linear. 
 
5. a) B: curva sólido-vapor; D: curva sólido-líquido; O: ponto triplo; C: ponto crítico. 
b) (i) sólido. (ii) provavelmente vapor. (iii) vapor 
c) 184,4oC = curva de coexistência sólido-liquido a 1 atm. 
 
 
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