Transformações físicas de
substâncias puras
Aula 1
Físico-Química 2
Termodinâmica Química 2
Profa. Claudia de Figueiredo Braga
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.
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 CO2 (g) e H2O (l),
considerando o excesso de O2.
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.
Diagrama de fases
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
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.
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
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
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
Temperatura de ebulição
Água
Ponto de ebulição normal=100,0 °C
Ponto de ebulição padrão = 99,6 °C
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 Tc – desaparece a
interface (c)
Água
Temperatura crítica = 374 °C
Pressão crítica, pc = 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
Fluido Super Crítico
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 – Tf (p=1atm)
Ponto de fusão padrão (p = 1 bar)
Ponto triplo – As três fases (sol, liq e vap) coexistem em
equílibrio – T3
Água
T3 = 273,16 K e 611 Pa
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.
Estrutura molecular da água
Água líquida
Gelo
Diagramas de fases – Dióxido de carbono
Curva sol-liq Tf x p
T3 -- P > 1atm
Liq -- P > 5,11
Sólido sublima em 1atm
Tsub=194, 7 K 1 atm gelo seco
Cilindros de CO2 – Liq ou gás
comprimido.
T=25 °C – 298,15K pvap=67 atm
Diagramas de fases – Hélio
Comportamento atípico em
Tbaixas
Sol-vap não coexistem
Sólido – altas pressões
2He
– leve -- Tbaixa – vibram
Isótopos 3He e 4He – efeitos
quânticos – spins núcleos
4He – linha λ - liq/liq
He – 1 – liquido normal
He-II – superfluido – escoa sem
viscosidade
4He
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).