Equilíbrio entre fases
condensadas
Módulo III - Físico Química Avançada
Profa. Kisla P. F. Siqueira
Introdução
•
Diagramas de fase;
•
Sistemas simples;
•
Regra das fases de Gibbs;
•
Sistemas binários;
•
Sistemas ternários.
Kisla P. F. Siqueira
Diagramas de fase
• São métodos gráficos que descrevem as regiões de
estabilidade das fases que podem ocorrer nos sistemas sob
condição de equilíbrio.
As mudanças de fase são afetadas por 3 variáveis:
 Pressão (P)
 Temperatura (T)
 Composição (x)
Kisla P. F. Siqueira
Sistema simples ou unário – 1 componente
• A composição não varia;
• É comum representar os diagramas de fase na forma
bidimensional (P x T);
Pressão
isotérmicas
isóbaras
Os três estados da
matéria podem ser
representados no
diagrama P X T
Temperatura
Kisla P. F. Siqueira
A Regra das fases de Gibbs
• Utilizada para encontrar o número de variáveis independentes
que caracterizam o sistema (número de variáveis cujo valor
deve ser conhecido para definir completamente o estado
termodinâmico de um sistema).
Gibbs chamou este número de F.
F=C–P+2
F = graus de liberdade,
C = número de componentes,
P = número de fases presentes.
C=s–r
s = n° constituintes
quimicamente distintos;
r = n° de relações algébricas
entre as variáveis de
composição.
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• Considerando uma mistura de etanol, água e gelo, quantos
graus de liberdade são necessários para definir o sistema?
F CP2
F  222  2
• Sabendo-se que o sulfato de ferro III se decompõe sobre
aquecimento a óxido de ferro III e trióxido de enxofre, calcule o
número de graus de liberdade desse sistema:
Fe2 SO4 3( s )  Fe2O3( s )  3SO3( g )
C  sr
F CP2
C  3 1  2
F  23 2 1
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Líquidos parcialmente miscíveis
Ex. Fenol e Água:
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• Ex.: Água e trietilamina
Temperatura consoluta
inferior
L1 + L2
18,5°C
Obs.: A fase vapor foi omitida uma vez que ela se forma apenas em
temperaturas elevadas.
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• Ex.: Água e nicotina
Temperaturas consolutas
inferior e superior
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Destilação de líquidos parcialmente
miscíveis
Sistema parcialmente
miscível + mistura com
azeótropo de mínimo,
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Diagrama eutético
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Determinação experimental da temperatura
eutética
• Análise térmica;
• Uma mistura de composição conhecida é aquecida até que
se torne homogênea;
• Em seguida é resfriada a uma velocidade controlada;
• Plota-se T X t
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Formam-se os primeiros
cristais de A
T
a
a
Liberação de calor
latente de fusão
a
Velocidade de
resfriamento
diminui e a
inclinação muda
cd = pausa eutética
A medida que a
composição se aproxima
da eutética essa pausa
aumenta.
T1
T2
Te
b
b’
d’
d
c
c’
d’’
c’’
t
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Reações invariantes no sistema binário
• Classe eutética,
• Classe peritética.
Ambas se caracterizam por ocorrer em
única temperatura e única composição
Classe Eutética: são transformações de decomposição:
eutética, eutetóide e monotética.
Classe Peritética: são transformações de combinação ou
síntese:peritética, peritetóide e sintética.
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Diagramas com formação de compostos
• Composto com fusão congruente: é aquele que na fusão
se transforma em um líquido sem alterar sua composição,
o composto não se decompõe abaixo do seu ponto de
fusão (no gráfico a reta correspondente a este composto
termina em curva).
• Composto com fusão incongruente: o composto tem
ponto de fusão abaixo de ao menos, um dos seus
constituintes. O líquido possui composição diferente do
composto. (no gráfico a reta correspondente a este
composto termina em outra reta).
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• 1º Caso: Formação de composto com fusão congruente
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• 2º Caso: Formação de composto com fusão incongruente
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Diagramas Ternários
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Exemplo: Calcule a composição do ponto X
X
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Ex. sistema MgO, Al2O3 e SiO2.
x
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• Composição do ponto x:
85% de MgO,
7% de SiO2,
8% de Al2O3
• No resfriamento a quantidade das fases é dada em cada
ponto pela regra da alavanca.
• À medida que a temperatura diminui aumenta-se a
quantidade de sólidos (periclásio) e ao atingir a linha de
divisão dos campos primários há a coexistência das fases.
Kisla P. F. Siqueira
Referências:
• Hae-Geon, Lee, Chemical Thermodynamics for Metals and
Materials, Postech.
•Castellan, G., Fundamentos de Físico-Química. Editora LTC:
Rio de Janeiro, 2008.
• McQuarrie, D. A., Simon, J. D., Physical Chemistry: A
Molecular Approach; University Science Books; 1997.
• Atkins, P.; Paula, J., Físico-Química vol. 1. Editora LTC: Rio de
Janeiro, 2003.
• Ball, D., Physical Chemistry, Second edition; Wadsworth
Cengage Learning; 2014.
Kisla P. F. Siqueira