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A Lei de Fick é uma lei quantitativa na forma de equação diferencial que descreve diversos casos de difusão de matéria ou energia em um meio no qual inicialmente não existe equilíbrio químico ou térmico. Recebe seu nome de Adolf Eugen Fick, que as derivou em 1855. A partir dessa equação, podemos calcular o fluxo mássico de uma substância em um meio. Para isso, precisamos do coeficiente de difusão da substância no meio. O coeficiente de difusão depende das propriedades da substância e do meio em que ela se encontra. O coeficiente de difusão pode ser determinado experimentalmente ou calculado teoricamente.Considere a difusão de líquidos diluídos a pressão de 1 atm na qual amônia (espécie química A) se difunde em água (espécie química B) a T = 285K e que a mistura esteja suficientemente diluída para que a concentração molar total (C) possa ser admitida como constante. A massa molar de NH3 é MMNH3 = 17,03 kg/kmol. Calcule o fluxo mássico (J dif.,A), em kg/m²·s, se o gradiente de concentração em um local específico for igual a dCa/dx = -2,3 kmol/(m³·m). Considere o coeficiente de difusão da amônia em água (DAB) a 285K igual a 1,6 x 10-9
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Reginaldo Fraga

há 2 meses

Respostas

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há 2 meses

Para calcular o fluxo mássico (J dif.,A) da amônia (NH₃) em água usando a Lei de Fick, podemos usar a seguinte equação: \[ J_{dif.,A} = -D_{AB} \cdot \frac{dC_A}{dx} \] Onde: - \( J_{dif.,A} \) é o fluxo mássico da amônia (em kg/m²·s). - \( D_{AB} \) é o coeficiente de difusão da amônia em água (em m²/s). - \( \frac{dC_A}{dx} \) é o gradiente de concentração da amônia (em kmol/m³·m). Primeiro, precisamos converter o coeficiente de difusão e o gradiente de concentração para as mesmas unidades. O coeficiente de difusão \( D_{AB} = 1,6 \times 10^{-9} \, m²/s \) já está na unidade correta. O gradiente de concentração \( \frac{dC_A}{dx} = -2,3 \, kmol/(m³·m) \) precisa ser convertido para kg/m³. Para isso, usamos a massa molar da amônia: \[ \text{Massa molar de NH₃} = 17,03 \, kg/kmol \] Convertendo o gradiente de concentração: \[ \frac{dC_A}{dx} = -2,3 \, kmol/(m³·m) \times 17,03 \, kg/kmol = -39,391 \, kg/(m³·m) \] Agora, substituímos os valores na equação: \[ J_{dif.,A} = - (1,6 \times 10^{-9} \, m²/s) \cdot (-39,391 \, kg/(m³·m)) \] Calculando: \[ J_{dif.,A} = 1,6 \times 10^{-9} \cdot 39,391 \] \[ J_{dif.,A} \approx 6,3 \times 10^{-8} \, kg/m²·s \] Portanto, o fluxo mássico \( J_{dif.,A} \) da amônia em água é aproximadamente \( 6,3 \times 10^{-8} \, kg/m²·s \).

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