A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
25 pág.
Equilíbrio de fases - exercícios + resolução

Pré-visualização | Página 9 de 10

A evaporação isotérmica retirará água do sistema e o levará ao ponto 3, 
onde se dará a saturação da solução, pelo aparecimento dos primeiros cristais de cloreto de potássio. A 
concentração desta solução recém-saturada é a do ponto 3, lida no diagrama como 36 g de KCl/100 g de 
H2O. Neste ponto, em que mal iniciou-se a cristalização, pode se considerar que todo o KCl ainda se 
encontra solubilizado, na iminência de cristalizar-se. Se há 36 g de KCl em cada 100 g de H2O, as 100 g de 
cloreto de potássio se solubilizarão em 100x(100/36) = 278 g de água; há ainda no sistema no ponto 3, por- 
 
0 10 20 30 40 50 60
g de KCl/100 g de H
2
O
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
T
 (
o
C
)
solução
solução + KCl(s)
gelo +
solução
gelo + KCl(s)
a
b
c
1
2
3
4
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Prof. Raphael Cruz 
7
a
 Lista de Exercícios 
 
 
 
tanto, 278 g de água; das 500 g iniciais, 222 g evaporaram entre o ponto b e o ponto 3. A partir daí, mais 
água que do sistema evaporar, mais cloreto de potássio cristalizará; sendo isotérmico o processo de 
evaporação, a concentração da solução saturada permanecerá nas 36 g de KCl por 100 g de H2O, pois esta 
solubilidade só depende da temperatura. Quando evaporarem 400 g de água, restarão 100 g de água em 
solução, que solubilizarão 36 g de cloreto de potássio; das 100 g iniciais de KCl, 64 g estarão, neste ponto, 
cristalizadas. 
 Misturação isobárica para produzir o sistema c: 
 Este sistema estará localizado sobre um ponto qualquer da isopleta c. Ele é o resultado de se misturar 
cloreto de potássio, a 25 
o
C, com gelo a 0 
o
C. Da troca térmica entre um sólido e outro resultará a fusão de 
gelo e, da água líquida produzida, resultará a dissolução de KCl. Como os processos - a fusão do gelo e a 
dissolução do KCl - são ambos endotérmicos, a ocorrência deles poderá provocar a diminuição da 
temperatura de todo o sistema. O sistema, portanto, se não receber calor do exterior, poderá, por si só e 
espontaneamente, atingir a temperatura do ponto 4 (ou, até mesmo, outra menor). Atingido o ponto 4, a 
temperatura do sistema será cerca de -5 
o
C e, se esta for a temperatura alcançada, o sistema se constituirá em 
sua maior parte de solução aquosa de cloreto de potássio. 
 A depender das magnitudes dos calores da fusão do gelo e da dissolução do cloreto de potássio e da 
maior ou menor adiabaticitade do sistema, se poderá, ao final, atingir temperatura ainda menor que -5 
o
C. 
Por exemplo, se o sistema alcançar a temperatura de -8 
o
C, se constituirá de gelo (a parte que não fundiu) e 
solução aquosa de KCl com 19 g de sal por 100 g de água. Daí, concluir-se que nesta temperatura haverá 
uma solução com 60 g de KCl e 100x(60/19) = 316 g de água; o restante das 500 g iniciais de gelo (184 g) 
permanecerão solidificadas. 
 A menor temperatura que se poderá 
alcançar neste tipo de processo é a da reta ternária 
(em torno de -11 
o
C), quando, ao fim do processo 
de trocas térmicas, poderão ficar em equilíbrio três 
fases: gelo, KCl sólido e solução aquosa de KCl. 
Quando se objetiva obter esta menor temperatura, 
deve-se misturar gelo e KCl na proporção da 
mistura eutética: 25 g de KCl para cada 100 g de 
gelo, ou 1 parte de KCl para 4 partes de gelo. O 
sistema de gelo e KCl, nesta proporção que poderá 
resultar na menor temperatura possível, é 
denominada de mistura refrigerante. 
 
 Observação: 
 A misturação de gelo com sais é técnica muito usada na obtenção de sistemas, cuja temperatura se 
deseja ser menor que 0 
o
C. Listam-se a seguir algumas dessas misturas: 
 
 
 Exercício 10. 
 
 Utiliza-se a técnica da recristalização quando se deseja retirar de um determinado sal impurezas 
insolúveis. Opera-se da seguinte forma: 
 - em temperatura baixa dissolve-se o sal impuro em água, até o ponto de saturação da solução; 
 - aquece-se esta solução e a ela adiciona-se, isotermicamente, mais sal impuro; 
Misturas Refrigerantes de Sal e Gelo 
Sal Teutética (
o
C) % em peso do sal 
NaI -31.5 39,0 
NaBr -28,0 40,3 
KI -23,0 52,3 
NaCl -21,1 21,1 
(NH4)2SO4 -18,3 39,8 
NH4Cl -15,4 19,7 
NaNO3 -15,4 44,8 
NH4NO3 -15,0 48,5 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Prof. Raphael Cruz 
7
a
 Lista de Exercícios 
 
 
 
 - resfria-se, então, o sistema até a 
temperatura em que se iniciou a operação, 
provocando-se a recristalização do sal; 
 - separa-se o sal, obtendo-se-o puro e 
cristalino; 
 - a solução residual, denominada de 
água mãe, é mais uma vez aquecida e a ela se 
adiciona nova quantidade de sal impuro e 
repete-se o ciclo. 
 Reproduzindo-se o diagrama do 
exercício anterior, nele se pode ver que, a 20 
o
C, a solução aquosa se satura com 34,2 g de 
KCl. A solução mãe, portanto, deverá ter 34,2 g 
de sal impuro para cada 100 g de H2O (é o 
ponto M no diagrama); aquece-se, então, este 
sistema até 58 
o
C (ponto N) e adiciona-se mais 
sal impuro até o ponto O, cuja concentração é 
de 44,0 g de KCl/100 g H2O, isto é, entre o 
ponto N e o ponto O adicionaram-se 44,0 - 34,2 = 9,8 g de sal impuro (para cada 100 g de H2O); resfria-se 
este sistema até 20 
o
C (ponto P), obtendo-se solução saturada em cloreto de potássio; retira-se a fase sólida e 
obtém-se cerca de 9,8 g de KCl purificado. 
 À água mãe residual pode-se adicionar nova carga de sal impuro e repetir-se, assim, todo o processo, 
até que a água mãe alcance uma tal concentração de impurezas que comprometa a qualidade do produto 
final. 
 As quantidades de sal e água podem ser proporcionalmente maiores que as usadas e obter-se, dessa 
forma, portanto, em cada ciclo, maior quantidade de sal purificado. 
 
 
 Exercício 11. 
 
 Primeiro localizem-se no diagrama de 
equilíbrio os sistema referidos. 
 Sistema 1: 1700 g de NaCl e 1400 g de 
H2O, a que correspondem os seguintes número 
de moles e percentagens molares: 
nNaCl = 1700/58,5 = 29,1 moles e nH2O = 
1400/18 = 77,8 moles 
(%)NaCl = 100x[29,1/(29,1 + 77,8)] = 27,2% e 
(%)H2O = 72,8% 
 O sistema 1 se representará, portanto, 
pela isopleta s1. A 25 
o
C ele se constituirá de 
solução aquosa saturada em cloreto de sódio 
anidro (ponto 1); a concentração da solução 
saturada lê-se no diagrama e é igual a 6% molar 
em NaCl; como os 77,8 moles de água se 
encontram em solução, tem-se para a 
quantidade solubilizada de NaCl: 
 nNaCl(solu) = 77,8x(6/94) = 5,0 moles. 
 Por conseguinte, dos 29,1 moles totais 
de NaCl, 24,1 moles estarão cristalizados, a 25 
o
C. 
 
 
0 10 20 30 40 50 60
g de KCl/100 g de H
2
O
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
T
 (
o
C
)
solução
solução + KCl(s)
gelo +
solução
gelo + KCl(s)
M
N O
P
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
% molar de NaCl
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
T (oC)
so
lu
çã
o
solução + NaCl(s)
solução + NaCl.2H
2
O(s)
gelo + NaCl.2H
2
O(s)
NaCl.2H
2
O(s)
 + NaCl(s)_____
gelo +
solução
s
2
s
1
___________
NaCl.2H
2
O(s)
1
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Prof. Raphael Cruz 
7
a
 Lista de Exercícios 
 
 
 
 Conclui-se, pois, que o sistema com 1700 g de cloreto de sódio e 1400 g de água, a 25 
o
C, estará 
constituído de 24,1 moles (1410 g) de NaCl sólido e de solução aquosa saturada em NaCl, com 1400 g de 
água e 5,0 moles (290 g) de NaCl. 
 Sistema 2: 230 g de NaCl e 1700 g de H2O; 
 nNaCl = 3,9 moles e nH2O = 94,4 moles; (%)NaCl = 4,0% e (%)H2O = 96,0%. 
 A isopleta s2 representa este sistema, que em temperatura maior que -15 
o
C constituir-se-á de uma 
solução aquosa, não saturada, de NaCl. O resfriamento do sistema o levará à saturação, em temperatura 
pouco menor que -15 
o
C. Satura-se o sistema, nesta temperatura, em gelo, que cristalizará isoladamente até 
cerca de -21 
o
C. A quantidade máxima de gelo, puro, sai da aplicação da regra da alavanca: