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Seção 10 Diagrama de fases Prof Henry Rodriguez A matéria existe em três estados sólido líquido e gasoso O estado físico tem relação com a velocidade do movimento das partículas de uma determinada substância Para uma substância pura o diagrama de transição de fases T vs t A evaporação é um processo que ocorre sob pressão atmosférica e independente da temperatura forma uma pressão de vapor Ebulição é a passagem de líquido a vapor acompanhada de formação de bolhas Isso acontece quando a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica Diagrama de fases para uma substância pura É um gráfico que permite definir em que estado físico uma substância se encontra num dado instante conhecendo sua temperatura e pressão Este diagrama está dividido em três regiões que representam o estado sólido líquido e vapor A fase gasosa pode ser denominada de vapor quando é possível liquefazer a substância por compressão e de gás quando a conversão para o estado líquido não é possível apenas por compressão Ponto de fusão Ponto de ebulição Ponto de sublimação Um diagrama de fases apresenta os seguintes elementos Curva de fusão separa as áreas que correspondem aos estados sólido e líquido Curva de vaporização separa as áreas que correspondem as fases líquida e gás Curva de sublimação separa as áreas que correspondem as fases sólida e gás Ponto triplo ponto de interseção das três curvas fusão vaporização e sublimação Este ponto indica os valores de temperatura e pressão que a substância pode simultaneamente estar nos três estados Ponto crítico é um ponto onde não é mais possível diferenciar os estados líquido e vapor Além disso indica a maior temperatura que a substância é vapor e para temperaturas acima deste ponto a substância passa a ser um gás e não pode ser liquefeita independente da sua pressão Pressão The triple point occurs where the solid liquid and gas transition curves meet The triple point is the only condition in which all three phases can coexist and is unique for every material Water reaches its triple point at just above freezing 01 C and at a pressure of 0006 atm CO2 Exemplo 1 Em relação ao diagrama de fases do CO2 a Qual a fase do CO2 quando a sua temperatura for de 60 ºC e a pressão de 50 atm b Uma certa quantidade de CO2 líquido é submetida a uma pressão de 56 atm e está confinada em um recipiente Se o líquido for aquecido mantendose a pressão constante qual o valor da temperatura em que irá ocorrer a ebulição c Qual o valor da temperatura e da pressão do ponto triplo do CO2 d Uma pedra de gelo seco CO2 está submetida a uma pressão de 2 atm Ela é aquecida mantendose a pressão constante Em um determinado instante começa a ocorrer uma mudança de fase Qual o nome desta mudança Estado sólido 20 ºC 56 ºC e 5 atm Sublimação É o que acontece na maioria das substâncias e corresponde ao comportamento do CO2 O aumento da pressão faz aumentar a temperatura de fusão Pelo diagrama de fases vemos que a temperatura de ebulição de um líquido depende da pressão exercida sobre ele Para qualquer substância se a pressão externa aumentar o líquido ferv será numa temperatura mais elevada La Paz 3700m 87 ºC Quito 2850m 90 ºC Brasília 1170m 96 ºC São Paulo 760m 98 ºC Recife nível do mar 100 ºC Fator de compressibilidade Z em gases reais É a relação entre o volume molar medido de um gás real dividido pelo volume molar de um gás ideal Z Vreal Videal Mede o grau de não idealidade dos gases reais P Videal n R T P Vreal Z n R T A partir do fator de compressibilidade podemos analisar as forças intermoleculares presentes em determinado gás real Podem ocorrer dois casos gerais Caso 1 Forças predominantemente de atração Se predominarem em um gás forças de atração é plausível que o volume molar do gás real seja menor que o correspondente volume de um gás ideal nas mesmas condições de temperatura e pressão Logo Z1 Predominam forças de atração Caso 2 Forças predominantemente de repulsão Fazendo uma analogia com o caso anterior podemos perceber que se as forças intermoleculares predominantes em um gás real forem forças de repulsão o volume molar do gás será maior que o do gás ideal nas mesmas T e P Logo Z1 Predominam forças de repulsão Exercício 1 É dado o diagrama de fases de uma substância a O que representam os pontos x y w e z assinalados no gráfico b Assinale no diagrama as regiões correspondentes às fases sólida líquida e de vapor
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Seção 10 Diagrama de fases Prof Henry Rodriguez A matéria existe em três estados sólido líquido e gasoso O estado físico tem relação com a velocidade do movimento das partículas de uma determinada substância Para uma substância pura o diagrama de transição de fases T vs t A evaporação é um processo que ocorre sob pressão atmosférica e independente da temperatura forma uma pressão de vapor Ebulição é a passagem de líquido a vapor acompanhada de formação de bolhas Isso acontece quando a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica Diagrama de fases para uma substância pura É um gráfico que permite definir em que estado físico uma substância se encontra num dado instante conhecendo sua temperatura e pressão Este diagrama está dividido em três regiões que representam o estado sólido líquido e vapor A fase gasosa pode ser denominada de vapor quando é possível liquefazer a substância por compressão e de gás quando a conversão para o estado líquido não é possível apenas por compressão Ponto de fusão Ponto de ebulição Ponto de sublimação Um diagrama de fases apresenta os seguintes elementos Curva de fusão separa as áreas que correspondem aos estados sólido e líquido Curva de vaporização separa as áreas que correspondem as fases líquida e gás Curva de sublimação separa as áreas que correspondem as fases sólida e gás Ponto triplo ponto de interseção das três curvas fusão vaporização e sublimação Este ponto indica os valores de temperatura e pressão que a substância pode simultaneamente estar nos três estados Ponto crítico é um ponto onde não é mais possível diferenciar os estados líquido e vapor Além disso indica a maior temperatura que a substância é vapor e para temperaturas acima deste ponto a substância passa a ser um gás e não pode ser liquefeita independente da sua pressão Pressão The triple point occurs where the solid liquid and gas transition curves meet The triple point is the only condition in which all three phases can coexist and is unique for every material Water reaches its triple point at just above freezing 01 C and at a pressure of 0006 atm CO2 Exemplo 1 Em relação ao diagrama de fases do CO2 a Qual a fase do CO2 quando a sua temperatura for de 60 ºC e a pressão de 50 atm b Uma certa quantidade de CO2 líquido é submetida a uma pressão de 56 atm e está confinada em um recipiente Se o líquido for aquecido mantendose a pressão constante qual o valor da temperatura em que irá ocorrer a ebulição c Qual o valor da temperatura e da pressão do ponto triplo do CO2 d Uma pedra de gelo seco CO2 está submetida a uma pressão de 2 atm Ela é aquecida mantendose a pressão constante Em um determinado instante começa a ocorrer uma mudança de fase Qual o nome desta mudança Estado sólido 20 ºC 56 ºC e 5 atm Sublimação É o que acontece na maioria das substâncias e corresponde ao comportamento do CO2 O aumento da pressão faz aumentar a temperatura de fusão Pelo diagrama de fases vemos que a temperatura de ebulição de um líquido depende da pressão exercida sobre ele Para qualquer substância se a pressão externa aumentar o líquido ferv será numa temperatura mais elevada La Paz 3700m 87 ºC Quito 2850m 90 ºC Brasília 1170m 96 ºC São Paulo 760m 98 ºC Recife nível do mar 100 ºC Fator de compressibilidade Z em gases reais É a relação entre o volume molar medido de um gás real dividido pelo volume molar de um gás ideal Z Vreal Videal Mede o grau de não idealidade dos gases reais P Videal n R T P Vreal Z n R T A partir do fator de compressibilidade podemos analisar as forças intermoleculares presentes em determinado gás real Podem ocorrer dois casos gerais Caso 1 Forças predominantemente de atração Se predominarem em um gás forças de atração é plausível que o volume molar do gás real seja menor que o correspondente volume de um gás ideal nas mesmas condições de temperatura e pressão Logo Z1 Predominam forças de atração Caso 2 Forças predominantemente de repulsão Fazendo uma analogia com o caso anterior podemos perceber que se as forças intermoleculares predominantes em um gás real forem forças de repulsão o volume molar do gás será maior que o do gás ideal nas mesmas T e P Logo Z1 Predominam forças de repulsão Exercício 1 É dado o diagrama de fases de uma substância a O que representam os pontos x y w e z assinalados no gráfico b Assinale no diagrama as regiões correspondentes às fases sólida líquida e de vapor