DIFUSÃO EM LÍQUIDOS (2)

Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013

DIFUSIVIDADE MÁSSICA EM LÍQUIDOS

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBACENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICAFENÔMENOS DE TRANSPORTE III

PROFESSOR: ALFREDO ISMAEL CURBELO GARNIC

Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013

APRESENTAÇÃO:

• GABRIELLY DOS SANTOS MACIEL- 11011759• KATHARINNE DE OLIVEIRA-10911633

Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013

INTRODUÇÃO

• A transferência de massa se relaciona como movimento de um componente específico num sistema de vários componentes,com diferentes concentrações.

• O movimento ocorre no sentido das zonas onde a concentração desse componente é mais baixa.

• Essa transferência pode ocorrer pelo mecanismo da DIFUSÃO MOLECULAR ou da CONVECÇÃO.

Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013

INTRODUÇÃO(Cont.)

• A convecção é um mecanismo que ocorre através de um fluido em movimento (movimento do meio).

• Pode ser natural (se o movimento for provocado por diferenças de densidades) ou forçada (se o movimento for provocado por ação de agentes externos).

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INTRODUÇÃO(Cont.)

• A difusão é um mecanismo que indica como um composto se movimenta dentro de uma fase ou entre fases (interações moleculares).

• É análoga à transferência de calor por condução, em que há uma diferença de potencial elétrico, porém é mais complexo pois ocorre numa mistura com pelo menos duas espécies químicas, existindo um gradiente de concentração química.

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INTRODUÇÃO(Cont.)

• A difusão envolve espécies sólidas, líquidas e gasosas.

• Tais mecanismos ocorreram envolvendo espécies chamadas de soluto e solvente, obtendo misturas(gases) ou soluções (líquidos).

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DIFUSÃO EM LÍQUIDOS

• A difusão mássica em líquidos é mais complexa pois não há uma teoria, como no caso dos gases.

• Logo, utiliza-se várias teorias, tal como a hidrodinâmica, do salto energético (Eyring) e os modelos da mecânica estatística e da termodinâmica dos processos irreversíveis.

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DIFUSÃO EM LÍQUIDOS(Cont.)

• O coeficiente de difusão (mobilidade do soluto no meio) é dependente da temperatura, pressão e composição.

• Tal coeficiente em líquidos é muito maior que em gases e depende fortemente do grau de idealidade da solução.

• As moléculas podem se difundir como moléculas ou como íons em solução (iônicas eletrolíticas).

• Os íons devem se difundir com uma mesma taxa, devido a neutralidade elétrica da solução.

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DIFUSÃO EM LÍQUIDOS(Cont.)

Diferença entre Eletrólitos e Não-Eletrólitos:

Eletrólitos

• São solutos que se dissolvem em solventes fornecendo íons

à solução; solução esta que conduz eletricidade melhor

que o solvente puro. • Geralmente, eletrólitos são

fornecidos por substâncias iônicas, como NaCl (Na+Cl-),

NaOH, KCl, etc...

Não-eletrólitos

• São solutos que não liberam íons na solução à medida que se dissolve e não influenciam a condutividade do solvente.

• Ex.: Sacarose, álcool etílico, etc...

1. DIFUSÃO DE NÃO-ELETRÓLITOS EM SOLUÇÕES LÍQUIDAS DILUÍDAS

• Não-eletrólitos• Soluções diluídas

• A força motriz será dada pelo potencial químico atividade

A “força motriz” no transporte de uma substância A será dado pelo potencial químico.

Haverá movimento de A decorrente do arrasto provocado pelo meio B

Ação que o meio B exerce sobre a molécula A

Concentração total

A concentração C ser basicamente a do

solvente

Coeficiente difusivo

Equação de Stokes-Eistein

• Um dos grandes problemas na teoria hidrodinâmica é justamente definir esse raio

o Alguns autores partem da relação entre raio e volume

o outros consideram o raio de giro

A equação de Stokes-Eistein serve como ponto de partida para a proposta de correlações experimentais nas formas:

volume molar da espécie i no seu ponto normal de ebulição

volume crítico da espécie i

raio de giro da molécula i

Tabelado

Caso o volume não seja encontrado na tabela, utilizar a correlação de Tyn e Calus (1975).

Valores experimentais para o coeficiente de difusão em líquidos, em solução diluída, estão tabelados!

Correlações que utilizam o volume molar a Tb

Scheibel (1954):

exceto para:

a) água como solvente e se

neste caso utilizar

b) benzeno como solvente e se

neste caso utilizar

c) outros solventes em que

neste caso utilizar

Desaconselhável para a difusão de

gases dissolvidos em líquidos orgânicos.

Wilke é Chang (1995):

na qual Φ é o parâmetro de dissociação do solvente; Φ = 2,6 (água), Φ = 1,9 (metanol), Φ = 1,5 (etanol) e Φ = 1, para o restante dos solventes.

Utiliza-se em situações em que os solutos são gases dissolvidos ou quando se trabalha com soluções aquosas.

Reddy e Doraiswany (1967):

em que: Desaconselhável para a maioria dos casos.

Lusis e Ratcliff (1968):

Indicada para solventes orgânicos; inadequada para água como soluto.

Hayduk e Minhas (1982):

Indicada para soluções aquosas.

Hayduk e Minhas (1982): .

Indicada para parafinas normais com as seguintes faixas de números de átomos carbonos:

• para o soluto:

• para o solvente:

Siddiqi e Lucas (1986):

Indicada para solventes orgânicos.

Siddiqi e Lucas (1986):

Indicada para soluções aquosas.

Correlação que utiliza o volume crítico

Indicada para gases dissolvidos em solventes orgânicos de alta viscosidade.

Correlações que utilizam o raio de giro

Uemesi e Danner (1981):

Indicada para soluto/solvente orgânico.

Hayduk e Minhas (1982):

Recomendada para solventes polares.

Hayduk e Minhas (1982):

Recomendada para solventes apolares.

Equações que melhor se aproximaram dos resultados experimentais:

•Solventes orgânicos:

•Soluções aquosas:

Siddiqi e

Lucas (1986)

•Soluto e/ou solvente são parafinas normais:

Observação:

Em uma solução diluída,

uma molécula A difunde no meio B

uma molécula B difunde no meio A

Exemplo: Piscina com água e piscina com piche

2. DIFUSÃO DE NÃO-ELETRÓLITOS EM SOLÇÕES LÍQUIDAS CONCENTRADAS

200mL de vinho

Piscina

Jarra de 2L

O vinho estará diluído na água

Solvente

Meio difusivo

O meio difusivo passa a ser a mistura de soluto e solvente

solução não-ideal:

O efeito da mistura do par soluto/meio, na qual as espécies químicas são distintas, é a característica básica da difusão em soluções líquidas concentradas.

O potencial químico é dado por:

Diferenciando:

ou

Derivando

Lembrando que a “força motriz” do transporte da substância A é dado pelo potencial químico:

Somente na direção z

para uma solução líquida concentrada real.

Concentração total

Influência da concentração da solução líquida assim como da correção da não-idealidade da solução no fluxo de matéria

coeficiente de difusão = média ponderada entre os termos em diluição infinita

Considerando os efeitos da viscosidade da solução e das espécies A e B.

Wilke (1949)

Outros:

Vignes (1966):

Leffler e Cullinan (1970):

Difusão de não-eletrólitos em soluções líquidas concentradas

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Difusão de não-eletrólitos em soluções líquidas concentradas

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