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1 DIAGRAMAS DE FASES

2 Definições Fase Identifica um estado uniforme de matéria, não só no que se refere à composição química, mas também no que se refere ao estado físico. Número de fases numa mistura P 1 fase (P=1) - 2 fases (P=2) Gás ou mistura gasosa. Gelo e água Cristal Líquidos miscíveis NaCl(aq) Gelo 3 fases ( P=3)

3 Dispersão É uniforme em escala macroscópica, mas são em escalas microscópicas, pois é constituída por grânulos ou gotículas de uma substância espalhada numa matriz de outra substância. Carbeto no aço

4 Constituinte Qualquer espécie química (íon ou molécula) que esteja presente no sistema Etanol e água NaCl (aq) NaCl e água Componente (C) é um constituinte quimicamente independente do sistema Quando não há reações o n. de componentes é igual ao número de constituintes P=3 C=2

5 Variância ou Graus de Liberade É o número de variáveis intensivas que podem ser independentemente alteradas sem perturbar o número de fases em equilíbrio. Para descrição completa de um sistema, os valores numéricos de certas variáveis devem ser fornecido. Essas variáveis i devem ser escolhidas entre as funções de estado do sistema, tais como pressão, temperatura, volume, energia, entropia e as concentrações dos vários componentes nas diferentes fases. Uma caracterísitica importante dos equilíbrios de fase é que são independentes das quantidades das fases presentes.

6 Variância Ex. A pressão do vapor de água sobre a água líquida não depende do volume do frasco nem da quantidade de água, quer mililitros ou vários litros de água estejam em equlíbrio com a fase de vapor. Ex. Concentração de um solução

7 Variância, F É o número de variáveis i intensivas i que podem ser independentemente alteradas sem perturbar o número de fases em equilíbrio. Sistema monofásico (C=1, P=1) Pressão e temperatura podem ser alteradas independentemente uma da outra, sem que modifique o número de fases. F=2 F=2 bivariante ou 2 graus de liberdade Duas fases em equilíbrio (liq-vap) F=1 C=1 P=2 A temperatura ou a pressão pode ser alterada arbitrariamente, mas esta alteração é acompanhada por uma modificação definida da pressão (ou da T) para que as duas fases continuem em eq. A variância cai para 1.

8 Regra das Fases F=variância C- componentes P No. de fases F=C-P+2

9 Sistema de um componente

10 Água

11 Procedimentos experimentais Análise térmica

12 Sistema a dois componentes

13

14

15 Interpretação t dos diagramas

16 a b linha de amarração

17 Regra da alavanca

18 Coluna de Destilação

19 Coluna de destilação fracionada

20 Borbulhadores

21 Azeotropia Sistemas azeotrópicos, um com um ponto de ebulição máximo e outro com ponto de ebulição mínimo. - ponto de azeotropia: é o ponto onde ocorre o azeótropo.

22 Os azeotropos não se separam por destilação convencional, para isso pode-se usar os procedimentos: Destilação à vácuo diminuindo-se i i d pressão da coluna o ponto de azeotropia pode ser deslocado, melhorando a separação. Adição de composto - extração

23 Azeotropia

24 Líquidos imiscíveis Ebulição conjunta. Ebulição em temperaturas diferentes.

25 Solubilidade de líquidos em líquidos Quando o desvio positivo da Lei de Raoult se torna suficientemente grande, os componentes não podem mais formar uma série contínua de soluções. À medida que se adicionam sucessivas porções de um componente ao outro, atinge-se finalmente a solubilidade-limite, além da qual as duas fases líquidas distintas são formadas.

26 O aumento da temperaturam geralmente tende aumentar a solubilidade, pois a energia cinética térmica faz ultrapassar a relutância dos componentes se misturararem livremente, ou seja, aumenta o termo TΔS em Δ G= Δ H - TΔS Uma solução que exibe um grande desvio da idealidade em T elevadas, sempre se separa em duas fases quando resfriadas.

27 Diagrama de fases líquidas

28 Diagrama de fases do paladio e hidreto de paladio

29 Água e trimetilamina til i

30 Água e nicotina

31 Condições termodinâmicas β=w/rt Energia de Gibbs de mistura de um sistema de liquidos parcialmente misciveis a baixas temperaturas. β>2 dois mínimos o sistema separa-se espontaneamente em duas fases com composição referente aos minimos, pois esta separação possibilita a uma redução na energia de Gibbs.

32 Destilação de líquidos parcialmente solúveis

33 Exemplo Descreva as modificações que ocorrem numa mistura com a composição xb=0,95 (ponto a1) é fervida e o vapor condensado.

34 Solubilidade em Metais

35 Ao cobre líquido adiciona-se pequena quantidade de zinco líquido, dessa forma produzirá uma única solução líquida. Quando esta solução de cobre e zinco se resfria e se solidifica, resulta uma solução sólida de estrutura CFC, com os átomos de cobre e de zinco localizados de maneira aleatória nos pontos normais da rede.

36 Entretanto, se a solução líquida contém mais de 30% Zn, alguns dos átomos Zn excedentes se combinarão com alguns dos átomos de cobre, para formar um composto Cu-Zn (Figura 4). Duas fases sólidas: uma solução sólida de cobre saturado, com aproximadamente 30% de zinco, e um composto Cu-Zn. A solubilidade d do zinco no cobre é limitada. i

37 Diagrama de fases líquida e sólida Equilíbrio de dois componentes sólidolíquido. Diagrama eutético simples para dois componentes A e B, solúveis como líquidos, e pouca solubilidade sólido-sólido.

38 A partir de X,,quando o ponto P for atingido, o sólido puro A começa a se separar da solução. Como resultado, a solução residual se torna mais rica no outro componenente B. Em qualquer ponto Q na região de duas fases, as quantidades relativas de A puro e da solução residual são dadas, pela linha de amarração. Quando o ponto R for atingido, a solução residual terá a composição do eutético, E. Resfriamento precipitação de mistura A e B

39 Diagramas de fases líquidas e sólidas O conhecimento dos diagramas de composição para mistura sólidas é importante na implementação de processos para fabricação de semicondutores e cristais líquidos. Sistema sol-liqliq temp. abaixo do ponto de ebulição. a 1 a 2 O sistema entra na região bifásica Liq+B. O sol B puro principia p a se separar da solução e o liq restante fica mais rico em A. a 2 a 3 Forma-se mais sol, e as quantidades relativas sol-liq obedecem a regra da alavanca. Neste ponto, as quantidades das duas fases são aproximadamente iguais. A fase liq presente é mais rica em A do que o liq inicial (b 3 ), pois parte do B foi separada. a 3 a 4 No final desta etapa, há menos liq do que em a 3, e a composição do liq residual é e. O liq agora se solidifica e forma um sistema bifasico i de B sol e A sol. Diagrama de fases de dois sólidos praticamente insolúveis um no outro, porém completamente solúveis em fase líquida.

40 Eutéticos Ponto eutético- 3 fases em equilíbrio Um líquido com composição eutética solidificase numa única temperatura, sem que dele se separem isoladamente o A sólido ou o B sólido. Um sólido com a composição eutética funde, sem modificação de composição, em temperatura mais baixa do que a de fusão de qq outra mistura. Ponto invariante, a p constante F=C-P+2=2-3+2=1 F = 0 Solda 67% Sn e 33% Pb PF= 183 C

41 Liga Ni-Cu Curva de solidificação Curva de fusão Solução líquida Solução sólida

42 Sistemas que formam compostos Sistema A e B que reagem para formar o composto C, de fórmula AB. xb=0,5

43 Fusão incongruente a1-a2 Há deposição de parte do Na sólido, e o líquido residual é mais rico em K. Abaixo de a3 A amostra está completamente soldificada Obs: Não se forma Na 2 K (l) em nenhuma etapa. b1- b2 Não há qualquer alteração de fase até que se atinja o ponto b2, quando inicia a deposição do Na sólido. b2- b3 Há a deposição de Na sólido, mas em b3 ocorre a reação para se formar o Na 2K (s). Este composto se forma pela difusão dos átomos de K na fase sólido existente. b3-b4 À medida que o resfriamento continua, a quantidade do composto sólido aumenta até que em b4 o líquido atinge a composição do eutético. Há então a solidificação do sistema com a formação de K(s) e Na 2 K (s).

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