Termodinamica

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1 - INTRODUÇÃO



Os tipos de Equilíbrios Termodinâmicos são baseados na variável constante e são os seguintes: Equilíbrio térmico (temperatura constante); Equilíbrio mecânico (pressão constante); Equilíbrio de Fases (massa de cada fase constante) e Equilíbrio Químico (estrutura molecular constante). Nesse relatório, abordaremos o Equilíbrio de Fases, mais especificamente o EquilíbrioLíquido-Vapor.
O equilíbrio líquido-vapor ocorre quando a quantidade por unidade de tempo das moléculas que atravessam a interface em um sentido (do líquido ao vapor) e no outro (do vapor ao líquido) se igualam. Assim sendo, não ocorrem variações das propriedades macroscópicas de um determinado sistema em função do tempo decorrido. Então, pode-se dizer ainda que todos os potenciais que possamafetar a condição de equilíbrio do sistema são igualados assim a temperatura, a pressão e a composição das fases atingem valores finais que a partir daí permanecem fixos. O conceito de equilíbrio é uma condição estática na qual não ocorrem variações das propriedades macroscópicas de um sistema com o tempo. No entanto, no nível microscópico, as condições não são estáticas. As moléculas queconstituem uma fase num dado instante não são as mesmas que mais tarde ocuparão essa mesma fase. Moléculas com velocidades suficientemente altas na interface superam forças superficiais e passam para outra fase. Contudo, a taxa nédia de passagem das moléculas é a mesma nas duas direções, não havendo então transferência líquida de matéria entre as fases. Portanto, trata-se de um equilíbrio dinâmico.Para melhor entender o Equilíbrio líquido-vapor, há necessidade de relembrar conceitos básicos sobre as propriedades físicas das substâncias, tais como:
✓ Pressão Máxima de Vapor (P): é a pressão exercida pelo vapor quando existe um equilíbrio entre as fases, líquida e de vapor numa dada temperatura.
✓ A uma mesma temperatura, líquidos diferentes apresentam diferentes pressões máximasde vapor. Daí, líquidos diferentes possuem pontos de ebulição diferentes.
✓ Pela teoria das colisões, a pressão máxima de vapor de um líquido aumenta com a elevação da temperatura. Um líquido entra em ebulição à temperatura na qual a pressão máxima de vapor se iguala à pressão exercida sobre sua superfície, ou seja, a pressão atmosférica.


As equações de equilíbrio líquido-vapor paraum sistema fechado à temperatura (T) e pressão (P) constantes, contendo componentes (n), são dadas pela igualdade das pressões, das temperaturas e dos potenciais químicos para todos os componentes em ambas as fases:
PV = PL
TV = TL (1)
µiV = µL


Sendo os potenciais químicos considerados variáveis difíceis de serem medidas e de difíceismanipulações matemáticas, o equilíbrio termodinâmico é explícito então em função das fugacidades, as quais têm o objetivo de expressar o potencial químico de forma generalizada (não só para o gás ideal), mas também para uma mistura fluida qualquer. Cabe à fugacidade o papel de equivalente físico do potencial químico:


[pic] i = 1, 2, ... n (2)
As fugacidades podem serexpressas através de coeficientes de fugacidade ([pic]), em relação à fase vapor, ou de coeficientes de atividade ([pic]), mais usados para a fase líquida e a igualdade das fugacidades pode ser escrita como:


[pic] (3)


Levando em consideração um sistema binário, a pressão do sistema é descrito a partir da equação (3), ficando daseguinte forma:
[pic] (3.1)


e considerando as seguintes variáveis:
[pic]: fração molar (componente i na fase vapor);
[pic]: fração molar (componente i na fase líquida);
[pic]: volume do líquido saturado (componente i puro);
[pic]: pressão de vapor (componente i puro);
2 – OBJETIVOS

Objetivo geral:...
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