Termodinâmica 2008 Transições de fase. Aspectos qualitativos de transições de Primeira ordem e obtenção da Equação de Clausius-Clapeyron

Transcrição

1 ermodinâmica 2008 ransições de fase Asectos qualitatios de transições de Primeira ordem e obtenção da Equação de Clausius-Claeyron 1

2 Diagrama de fase.diagrama - -> onde são reresentadas as fases termodinâmicas ara uma determinada substância.cada fase ocua uma região do diagrama de fase. inhas de coexistência de fases -> fronteiras de fases. Exemlos: diagrama - ara o e o diagrama - ara a água. CO 2 2

3 Diagrama de fase do dióxido de carbono CO2 Ponto trilo Ponto crítico Cada onto corresonde à coexistência de duas fases a uma dada ressão e a uma dada temeratura. 3

4 Dióxido de carbono: Ponto trilo: S++ coexistindo. 1atm 1,013x10 5 Pa. emeratura do onto trilo = tl -56,57 0 C 216,58K Pressão do onto trilo = tl 0,518MPa 5,11atm Ponto crítico: emeratura do onto crítico = c 304,14K Pressão do onto crítico = c 7,375MPa 4

5 Substânica simles: lanos - e -V Plano - Plano - Sears&Salinger ermodinâmica, eoria cinética e ermodinâmica Estatística 5

6 Obserações exerimentais Diagrama - ara o CO2. Outros exemlos Isotermas de Andrews 6

7 Isotermas de Andrews 1860 CO 2 7

8 Diagrama de fase da água 8

9 Cada onto sobre uma linha no diagrama - corresonde à coexistência de duas fases a uma dada ressão e a uma dada temeratura. 1atm 1,013x10 5 Pa. ( o C) ( Kelin) 273,15 Ponto trilo: S, e coexistem. Água: emeratura do onto trilo = Pressão do onto trilo= Ponto crítico: tl tl C 273, 16K 611,7Pa. emeratura do onto crítico= c C 647,14K Pressão do onto crítico= c 22,06MPa. 9

10 Diagrama -, em que =V/N, V= olume e N=número de moles: Para < c há um atamar que indica coexistência de uma fase líquida com olume, a uma determinada ressão e uma fase gasosa Coexistência + com olume Isoterma no lano - Para <c. 10

11 ransições de rimeira ordem Seja uma substância simles em no estado líquido em coexistência com seu aor Sejam A e B os limiares de coexistência A B (, *) (, *) 1 1 V N V N + linha de coexistência isoterma. * Seja C sobre * diminui e aumenta até atingir B. A B De B até A o aor assa a se condensar e ressão do aor. cte * * Quando a condensação se comleta (em A) a ressão olta a aumentar. 11

12 A C B O olume molar aria: N N x e : características de cada gás e não mudam. N N V V V N N x x x N N N * * + B A Frações de gás e de líquido sobre o atamar de coexistência. 12

13 Calor latente Calor recebido a ressão constante ransformação líquido - > aor sem alteração da temeratura. Na transição =cte= * e e / N e * e S Calor latente molar * s *( s s ) =quantidade de calor necessária ara eaorar 1 mol do líquido s e s = ctes durante a transição de fase 13

14 f=f(,) ersus Cura f ersus Cura ersus contínua g não diferenciáel neste onto g=g(,) contínua f g =() contínua inertendo Salto no olume 14

15 h=h(s,) g=g(,) =cte=* h s s g contínua de s inertendo s desconti nua em * 15

16 Portanto no diagrama - Consideramos a linha de coexistencia - Seguindo a linha =*=cte, aria, e temos uma descontinuidade em s P* Seguindo a linha =*, aria, temos descontinuidade em quando atraessamos (*,*). * Em uma transição de fase de rimeira ordem ou transição descontinua e s têm um salto quando se atraessa a linha de coexistência no diagrama de fase. 16

17 Equação de Clausius-Clareyron A e B róximos à cura de coexistência e ertencentes à fase liquida C e D róximos à cura de coexistência e ertencentes à fase gasosa. d sd dg Pelo lado do líquido g s Pelo lado do gás: g 2 s g g C D A B C D g 1 s g g A B A B C D 17

18 A medida em que nos aroximamos da cura de coexistência: Por que? g 1 g 2 d d ou d d e 0 s s e ( ) Equação de Clausius-Claeyron ois e ( s s ) OBER!! calor latente de aorização; e temeratura de transição 18

19 Equação de Clausius-Claeyron d d e ( ) A inclinação da cura de coexistência é totalmente determinada elas roriedades das fases que coexistem 19

20 Equação de Clausius-Claeyron ambém ale ara a transição líquido-sólido d d f ( S ) f ( s s S ) Calor latente de fusão ambém ale ara a transição sólido-aor d d subl ( S ) subl ( s s ) 20

21 Se: E se: E suondo que R e (ás ideal) seja constante. A artir da equação de Clausius-Claeyron odemos obter: ex( / R 0 e ) Deduzir!!!!!!!!!!!!!!!!! inha de coexistência líquido-gás 21

22 Para uma substância em que S emos: d d 0 Em todas as linhas de transição. Exemlo: CO2 22

23 Água S agua gelo d d f ( S ) 0 23

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