Transformações físicas de substâncias puras Aula 1

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1 Transformações físicas de substâncias puras Aula 1 Físico-Química 2 Termodinâmica Química 2 Profa. Claudia de Figueiredo Braga

2 Diagramas de Fases Diagramas de fases: Uma das formas mais compactas de exibir as mudanças de estado físico que uma substância pode ter é através do diagrama de fases. É um mapa das pressões e temperaturas onde cada uma das fases de uma substância é mais estável, ou seja tem a menor energia de Gibbs molar. A temperatura de transição, Ttrs, é a temperatura em que as duas fases estão em equilíbrio.

3 Exemplo Identifique o número de componentes e fases que formam cada sistema abaixo: 1. Um sistema contendo água e gelo.] 2. Uma solução contendo água e etanol (50%). 3. Um tanque pressurizado de dióxido de carbono que contém líquido e gás. 4. Uma bomba calorimétrica contendo uma pastilha de ácido benzóico e 25 bar de oxigênio. 5. A mesma bomba calorimétrica depois da explosão, na qual o ácido benzóico é convertido em CO 2 (g) e H 2 O (l), considerando o excesso de O 2.

4 Resolução 1. Um componente e duas fases. 2. Dois componentes e uma fases. 3. Um componente e duas fases. 4. Dois componentes e duas fases. 5. Três componentes e duas fases.

5 Diagrama de fases

6 A estabilidade das fases A fases de uma substância é uma forma da matéria que é homogênea no que se refere a composição química e ao estado físico. Fase sólida e suas diversas fases alotrópicas Fase líquida Fase gasosa A transição de fase é a conversão espontânea de uma fase em outra e ocorre numa temperatura característica para uma dada pressão. Ex. Gelo/Água liquida

7 Transição x cinética Uma transição de fase que é prevista como espontânea termodinamicamente pode ocorrer muito lentamente. Ex. Diamante Grafite Fase mestaestável fases termodinamicamente instáveis que persistem porque a transição impedida cineticamente.

8 Curvas de equilíbrio As curvas que separam as regiões são denominadas curvas de equilíbrio. Pressão de vapor,p Liquido ou sólido Pvapor xt Pressão de Vapor a pressão do vapor em equilíbrio com o líquido Pressão de vapor na sublimação é a pressão de vapor da fase sólida

9 Pontos críticos e pontos de ebulição Ponto de ebulição Vaso Aberto líquido se vaporiza a partir da superfície Pressão de vapor=pexterna vaporização no seio do líquido Temperatura de ebulição Ebulição = condição de vaporização em toda a massa do líquido Ponto de ebulição normal, Teb. Pext=1atm Ponto de ebulição padrão (1 bar) 1bar = 0,987 atm Água Ponto de ebulição normal=100,0 C Ponto de ebulição padrão = 99,6 C

10 Pontos Críticos Vaso Fechado A ebulição não ocorre quando o líquido é aquecido. A pressão de vapor e sua densidade elevamse continuamente à medida que a temperatura aumenta. A densidade do líquido diminui um pouco em conseqüência de sua expansão Temperatura crítica T c desaparece a interface (c) Água Temperatura crítica = 374 C Pressão crítica, p c = 218 atm Fluidos Supercríticos (a) Líquido em equilíbrio com seu vapor (b) Aquecimento a massa específica do vapor aumenta e diminui da fase líquida (c) Ponto em que interface desaparece as duas massas específicas são iguais

11 Fluido Super Crítico

12 Pontos de fusão e pontos triplos Temperatura de Fusão é a temperatura em que, sob uma certa pressão coexistem em equilíbrio as fases sólidas e líquidas de uma substância. Ponto de fusão normal T f (p=1atm) Ponto de fusão padrão (p = 1 bar) Ponto triplo As três fases (sol, liq e vap) coexistem em equílibrio T 3 Água T 3 = 273,16 K e 611 Pa

13 Diagramas de fases - Água Curva de eq. liq-vap Curva de eq sol-liq Até 2000 atm queda da Tf com aumento da pressão Diminuição do volume com a fusão Vgelo>Vágua LH Pressões elevadas diferentes fases gelo II, III, IV e V diferentes ligações tensão mecânica Quantos pontos triplos você consegue identificar nesse diagrama? Diagrama de fases da água, mostrando as fases sólidas diferentes.

14 Estrutura molecular da água Água líquida Gelo

15 Diagramas de fases Dióxido de carbono Curva sol-liq T f x p T 3 -- P > 1atm Liq -- P > 5,11 Sólido sublima em 1atm Tsub=194, 7 K 1 atm gelo seco Cilindros de CO 2 Liq ou gás comprimido. T=25 C 298,15K p vap =67 atm

16 Diagramas de fases Hélio 4 He Comportamento atípico em Tbaixas Sol-vap não coexistem Sólido altas pressões 2 He leve -- Tbaixa vibram Isótopos 3 He e 4 He efeitos quânticos spins núcleos 4 He linha λ - liq/liq He 1 liquido normal He-II superfluido escoa sem viscosidade

17 Estudo dirigido 1 1. O que é um fluido supercrítico? 2. Qual o princípio da extração com fluidos supercriticos. 3. Quais as vantagens da utilização da extração do FSC. 4. Onde são aplicados os FSC. 5. Explique as propriedades FQ da água: volume, densidade, temperatura (diagramas).

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