Equilibrio Quimico - Analise Termodinamica e Calculo de K

Equilíbrio químico análise termodinâmica de sistemas com reação química Termodinâmica II Equilíbrio de fases Termodinâmica II Objetivos da aula Relembrar a definição da constante de equilíbrio Relacionar os cálculos desenvolvidos para a energia de Gibbs padrão de reação com os cálculos de fugacidade Desenvolver cálculos de fugacidade para reações em fase gasosa Calcular a composição de um sistema com reação química em fase gasosa no equilíbrio termodinâmico Avaliar a influências das variáveis de processo no grau de extensão da reação Desenvolver cálculos de fugacidade para reações em fase gasosa Calcular a composição de um sistema com reação química em fase líquida no equilíbrio termodinâmico Equilíbrio de fases em sistemas com reação química Cap 146 Cap 95 Cap 13 Leia também Cálculo de 𝐾 Relembrando 𝑙𝑛 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑓𝑖 0 𝜈𝑖 Δ𝑔𝑟𝑥𝑛 𝑅𝑇 𝐾 𝑒𝑥𝑝 Δ𝑔𝑟𝑥𝑛 𝑅𝑇 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑓𝑖 𝜈𝑖 Do critério para o equilíbrio termodinâmico A partir da equação anterior temse a definição da constante de equilíbrio K Cálculo de K para reações em fase gasosa Termodinâmica II Cálculo de 𝐾 para reações em fase gasosa 𝐾 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑓𝑖 𝜈𝑖 𝑒𝑥𝑝 Δ𝑔𝑟𝑥𝑛 𝑅𝑇 𝐾 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑣 1 𝑏𝑎𝑟 𝜈𝑖 Utilizando como referências a condição padrão 1 bar Obs observar que a unidade da fugacidade deve estar de acordo com a referência bar Cálculo de 𝐾 para reações em fase gasosa Cálculo da fugacidade para misturas gasosas reais relembrando 1 Rigor alto መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖 𝜑𝑖𝑃 2 Rigor médio መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖𝜑𝑖𝑃 3 Rigor baixo መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖𝑃 𝐾 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑣 1 𝑏𝑎𝑟 𝜈𝑖 O coeficiente de fugacidade 𝜑𝑖 depende da concentração de todos os componentes da mistura Para relembrar o cálculo de fugacidade em misturas gasosas rever a Aula 06 Cálculo de 𝐾 para reações em fase gasosa Cálculo da fugacidade para misturas gasosas reais relembrando 1 Rigor alto መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖 𝜑𝑖𝑃 2 Rigor médio መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖𝜑𝑖𝑃 3 Rigor baixo መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖𝑃 𝐾 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑣 1 𝑏𝑎𝑟 𝜈𝑖 Regra de Lewis da fugacidade aproximase o coeficiente de fugacidade da mistura 𝜑𝑖 pelo coeficiente de fugacidade de uma substância pura 𝜑𝑖 que não depende da concentração da mistura Cálculo de 𝐾 para reações em fase gasosa Cálculo da fugacidade para misturas gasosas reais relembrando 1 Rigor alto መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖 𝜑𝑖𝑃 2 Rigor médio መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖𝜑𝑖𝑃 3 Rigor baixo መ𝑓𝑖 𝑣 𝑦𝑖𝑃 𝐾 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑣 1 𝑏𝑎𝑟 𝜈𝑖 Gás ideal não existem interações entre as moléculas que compõe a mistura 𝜑𝑖 1 Cálculo do coeficiente de fugacidade usando equações de estado Relembrando Influência das variáveis de processo no grau de extensão da reação Influência da P em um sistema com reação química mantendo a T constante 𝐾 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑣 1 𝑏𝑎𝑟 𝜈𝑖 𝑖 𝑦𝑖 𝜑𝑖𝑃 𝜈𝑖 Rigor alto Para 𝜈 0 o aumento da pressão desloca a reação para a formação de produtos Para 𝜈 0 o aumento da pressão desloca a reação para a formação de reagentes Lembrese K não depende da pressão Influência das variáveis de processo no grau de extensão da reação Influência da T em um sistema com reação química mantendo a P constante Para ℎ 0 o aumento da pressão desloca a reação para a formação de produtos Para ℎ 0 o aumento da pressão desloca a reação para a formação de reagentes Mudanças na temperatura de um sistema com reação química acarretam mudanças na constante de equilíbrio 𝑑𝑙𝑛𝐾 𝑑𝑇 ℎ𝑟𝑥𝑛 𝑅𝑇2 Relembrando Influência das variáveis de processo no grau de extensão da reação Influência da adição de inertes mantendo T e P constantes 𝑛𝑇𝜈𝑖 ς𝑖 𝑛𝑖 𝜑𝑖𝑃 𝜈𝑖 𝐾 Para 𝜈 0 o aumento do número de inertes desloca a reação para a formação de produtos Para 𝜈 0 o aumento do número de inertes desloca a reação para a formação de reagentes Cálculo de K para reações em fase líquida Termodinâmica II Cálculo de 𝐾 para reações em fase líquida 𝐾 𝑖 መ𝑓𝑖 𝑓𝑖 𝜈𝑖 𝑒𝑥𝑝 Δ𝑔𝑟𝑥𝑛 𝑅𝑇 𝑎𝑖 መ𝑓𝑖 𝑙 𝑓𝑖 0 Aplicando a definição de atividade conforme Aula 07 𝐾 𝑖 𝑎𝑖 𝜈𝑖 Cálculo de 𝐾 para reações em fase líquida 𝑎𝑖 መ𝑓𝑖 𝑙 𝑓𝑖 0 Relembrando que o calculo da fugacidade na fase líquida é realizado considerando um modelo de coeficiente de atividade e a escolha do estado de referência solvente ou soluto 𝐾 𝑖 𝑎𝑖 𝜈𝑖 𝑎𝑖 𝑥𝑖𝛾𝑖 𝛾𝑖 መ𝑓𝑖 𝑙 መ𝑓𝑖 𝑖𝑑 መ𝑓𝑖 𝑙 𝛾𝑖 መ𝑓𝑖 𝑖𝑑 Utilizando como referência o líquido puro solvente Regra de LewisRandall na temperatura do sistema e pressão de 1 bar መ𝑓𝑖 𝑙 𝛾𝑖 𝑥𝑖𝑓𝑖 𝑜 Cálculo de 𝐾 para reações em fase líquida Em condições de pressão diferentes da padrão devese utilizar o fator de correção de Poynting 𝐾 𝑖 𝑎𝑖 𝜈𝑖 𝑖 𝑥𝑖𝛾𝑖 𝜈𝑖 Portanto nas condições padrão pressão de 1 bar e T do sistema o cálculo de K é realizado de acordo com 𝐾 𝑖 𝑎𝑖𝑒𝑥𝑝 𝑣𝑖 𝑙 𝑅𝑇 𝑃 𝑃𝑖 0 𝜈𝑖 𝑖 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑒𝑥𝑝 𝑣𝑖 𝑙 𝑅𝑇 𝑃 𝑃𝑖 0 𝜈𝑖 Para solução ideal 𝐾 𝑖 𝑎𝑖 𝜈𝑖 𝑖 𝑥𝑖 𝜈𝑖 Relembrando Cálculo do coeficiente de atividade Cálculo de K para reações em fase sólida Termodinâmica II Cálculo da fugacidade em sólidos Relembrando Composta por espécies de uma única substância As interações entre as espécies possuem a mesma intensidade Solução ideal Sólido ideal Γ𝑖 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑢𝑟𝑜 1 Coeficiente de atividade do sólido መ𝑓𝑖 𝑠 𝑋𝑖Γ𝑖𝑓𝑖 𝑠 A fugacidade de um sólido em uma mistura é dada por Cálculo de 𝐾 para reações em fase sólida 𝑎𝑖 መ𝑓𝑖 𝑠 𝑓𝑖 0 𝐾 𝑖 𝑎𝑖 𝜈𝑖 Para a fase sólida os cálculos são similares aos utilizados para a fase líquida 𝑎𝑖 𝑋𝑖Γ𝑖𝑓𝑖 𝑠 𝑓𝑖 𝑠 𝑋𝑖Γ𝑖 Considerando como referência o sólido puro nas condições padrão pressão de 1 bar e T do sistema Cálculo de 𝐾 para reações em fase sólida Em condições de pressão diferentes da padrão devese utilizar o fator de correção de Poynting 𝐾 𝑖 𝑎𝑖 𝜈𝑖 𝑖 𝑋𝑖Γ𝑖 𝜈𝑖 Portanto nas condições padrão pressão de 1 bar e T do sistema o cálculo de K é realizado de acordo com 𝐾 𝑖 𝑎𝑖𝑒𝑥𝑝 𝑣𝑖 𝑠 𝑅𝑇 𝑃 𝑃𝑖 0 𝜈𝑖 𝑖 𝑋𝑖Γ𝑖𝑒𝑥𝑝 𝑣𝑖 𝑠 𝑅𝑇 𝑃 𝑃𝑖 0 𝜈𝑖 Para sólido ideal 𝐾 𝑖 𝑎𝑖 𝜈𝑖 𝑖 𝑋𝑖 𝜈𝑖