Propriedades de uma substância pura Substância pura possui composição química invariável e homogênea, independentemente da fase em que está. Ex.: água Equilíbrio de fases em uma substância pura, as fases podem coexistir em equilíbrio Equilíbrio termodinâmico mecânico, térmico, de fase e químico
Propriedades de uma substância pura O estado de uma substância pura é definido apenas por duas propriedades independentes Se, por exemplo, o volume específico e a temperatura do vapor forem conhecidos, o estado do vapor também será conhecido Região de saturação: região em que as fases líquido e vapor coexistem em equilíbrio Equilíbrio de fases é estudado em diagramas pressão x temperatura. Uma alteração em alguma dessas propriedades pode causar mudança de fase
Superfície PvT Quando não se está tratando de substâncias puras, é necessária mais uma propriedade para analisar as mudanças de fase: o volume A superfície P.v.T é uma representação tridimensional das fases possíveis em um composto químico Ciclos térmicos são estudados em diagramas pressão x volume
Gases perfeitos Um gás perfeito ou ideal é um modelo idealizado para o comportamento de um gás Modelo: partículas movimentam-se aleatoriamente dentro de um recipiente fechado, com propriedades constantes. Sua energia depende somente da temperatura. Em colisões, o gás não perde energia e cada molécula possui volume desprezível Em condições normais de temperatura e pressão, a maioria dos gases comporta-se como um gás perfeito Modelo fica pior para baixas temperaturas e alta pressão
Equação de Clapeyron Em se tratando de gases com baixa densidade, empiricamente descobriu-se a seguinte equação, chamada Equação de Clapeyron Onde p pressão V volume n número de mols do gás R - constante universal dos gases M massa molar do gás [g/mol] R = R/M. Constante específica do gás. T temperatura n = m/m. Número de mols do gás. m massa do gás pv = n RT ou pv = mrt Constante de Avogadro: 6,022.10 23 mol 1 Constante universal dos gases 8,3145 knm/kmolk
Lei geral das transformações gasosas Utilizando a Equação de Clapeyron, chega-se a uma relação que permite analisar uma transformação qualquer ocorrida em um gás perfeito Essa relação relaciona o estado inicial e final do sistema p 1 V 1 T 1 = p 2V 2 T 2 Lei de Dalton: a pressão total exercida por uma mistura gasosa é a soma das pressões parciais exercidas pelos gases que compõem a mistura p t V t T t = p 1V 1 T 1 + p 2V 2 T 2
Transformações em gases perfeitos
Equações de estado Ex1 Qual a massa de ar contida numa sala de 6 m x 10 m x 4 m se a pressão e a temperatura forem iguais a 100 kpa e 25 ºC? Dado: Rar = 0,287 kn.m/kg.k. Resposta: 280,5 kg Ex2 Um tanque com capacidade de 0,5 m³ contém 10 kg de um gás perfeito que apresenta uma massa molar de 24 kg/kmol. A temperatura do gás é de 25 ºC. Qual a pressão do gás? R: 2,066 kpa.
Exercícios 1) Ao desejar identificar o conteúdo de um cilindro contendo um gás monoatômico puro, um estudante de Química coletou uma amostra desse gás e determinou sua densidade, d=5,38 g/l, nas seguintes condições de temperatura e pressão: 15ºC e 0,97atm. Com base nessas informações, e assumindo o modelo do gás ideal, calcule a massa molar do gás. Dado: R = 0,082 atm. L. mol 1. K 1 2) O ar confinado num pneu está inicialmente a -10 ºC e 190 kpa. Após o automóvel percorrer um determinado percurso, a temperatura do ar foi novamente medida, estando a 10 ºC. Calcule a pressão do ar nesta condição. Detalhe as hipóteses necessárias para a solução do problema.
Tabelas de propriedades termodinâmicas Em muitas aplicações reais, a aproximação via gases perfeitos não é precisa o suficiente. Por exemplo, para estudar a região de vapor superaquecido de gases Utilizar equações que representem o estado p v T de um dado gás em toda sua região de vapor superaquecido é muito complexo Cálculos manuais, então, normalmente envolvem a utilização de tabelas termodinâmicas, que apresentam os valores das propriedades para inúmeras substâncias Estas tabelas podem ser encontradas em livros, manuais, na internet
Tabelas de propriedades termodinâmicas Para compilar os dados de p v T nessas tabelas, determina-se uma equação de estado que tenha boa aderência aos dados experimentais, posteriormente resolvendo a equação para os valores relacionados na tabela. Em tabelas termodinâmicas, qualquer estado pode ser especificado por qualquer par de propriedades (p, T, v) Normalmente, utilizam-se tabelas de vapor saturado das substâncias, que fornecem o volume específico do líquido saturado (v l ) e o volume específico do vapor saturado (v v ) A diferença entre v l e v v representa o acréscimo de volume específico quando a substância passa de líquido saturado para vapor saturado. O volume específico da região de saturação é determinado através da equação: v = 1 x v l + xv v, onde x é o título [%], dado por x = m vapor m total
Tabelas de propriedades termodinâmicas
Tabelas de propriedades termodinâmicas Volume específico médio: v = 1 x v l + xv v Pode-se definir, ainda, v lv = v v v l, e reescrever a equação acima como: v = v l + xv lv Ex1 Calcule o volume específico médio de vapor d água saturado a 260 ºC e título de 0,7. Ex2 Calcule o volume específico médio do vapor d água saturado a 0,5 MPa e título de 70%