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Questões Conceituais

1) O abaixamentno do potencial químico de um solvente numa solução ideal é um efeito de entalpia ou de

entropia? Explique

2) Interprete (a) a diminuição da temperatura de congelamento e (b) a elevação da temperatura de ebulição de

um solvente em termos de seu potencial químico.

3) Como a dependência da solubilidade de um sólido num líquido, em função da temperatura, ilustra o princípio

de LeChatelier?

4) A osmose reversa tem sido sugerida como um meio de purificar a água do mar. Como isso pode ser feito?

1) Utilizando gráficos de µ contra T, mostre o efeito do aumento da pressão sobre a temperatura de fusão do

gelo (H2O(s)) e do gelo seco (CO2(s)). Informações sobre as densidades: d(H2O(s)) < d(H2O(l)) e d(CO2(s)) >

d(CO2(l)).

Relações importantes: (∂G∂T )

P=−S

; (∂G∂ P )

T=V

; para substâncias puras, µ = Gm.

2) Considere o comportamento da água pura e do dióxido de carbono puro quando se variam a temperatura e a

pressão. Pede-se

Diagrama de fases da água. Diagrama de fases do dióxido de carbono.

a) Com respeito ao diagrama de fases da água pura, descreva as transformações que devem ser observadas

quando vapor de água a 1,0 bar e 400 K é resfriado a pressão constante até 260K. Quais seriam as

transformações observadas se o mesmo resfriamento fosse conduzido na pressão do ponto triplo?

b) Com respeito ao diagrama de fases do dióxido de carbono puro, é possível obter esse composto na fase

líquida nas condições ambientes de pressão (~ 1 atm) ? Justifique sua resposta.

3) A pressão de vapor do diclorometano a 24,1 oC é 400 Torr e sua entalpia de vaporização é 28,7 kJ mol-1.

Estime a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido se iguala a 500 Torr.

4) Qual a origem do aumento de entropia do universo numa reação em que H << 0 e S < 0?

5) Preparam-se soluções de NaCl, a 25 oC, contendo n mols do sal em 1,00 kg de água. Os volumes das

soluções, em centímetros cúbicos, variam com n com a seguinte expressão:

V = 1001,38 + 16,6253 n + 1,7738 n3/2 + 0,1194 n2. Pede-se:

a) A expressão para o volume parcial molar do NaCl na solução;

b) O volume parcial molar do sal em uma solução contendo 10-3 mol de NaCl.

1) A Figura 1 é o diagrama de fase para mistura de prata e estanho. Classifique as regiões e descreva o que será observado quando líquidos de composição a e b forem resfriados a 200 oC. indique no diagrama de fase a característica que demonstra fusão incongruente. Qual é a composição da mistura eutética e em que temperatura ela funde.

Figura 1.2) Use o diagrama de fases da Figura 1 para estabelecer (a) a solubilidade da prata em estanho a 800 oC, (b) a solubilidade do Ag3Sn em Ag a 460 oC, (c) a solubilidade do Ag3Sn em Ag a 300 oC.3) As figuras 2 e 3 mostram os diagramas de fase obtidos para uma solução quase ideal de hexano e heptano. A) Identifique as regiões do diagrama para mostrar qual fase está presente. B) para uma solução contendo 1 mol de cada composto, estime a pressão de vapor a 70 oC quando a vaporização ocorre devido a redução da pressão externa. C) Qual é a pressão de vapor de uma solução a 70 oC quando apenas uma gota do líquido permanece? D) Estime as frações molares de hexano na fase líquida e vapor para as condições do item b. e) Quais são as frações molares para as condições do item c? f) A 85 oC e 760 Torr, qual é a quantidade dos componentes na fase líquiida e gasosa quando zheptano = 0,40?

Figura 3Figura 4

4) Considere o diagrama de fases da Figura 4, que representa um equilíbrio sólido-liquido. Indique todas as regiões do diagrama pelas espécies químicas que existem em cada região e seu estado físico. Indique o número de espécies e fases presentes nos pontos b, d, e, f, g e k. Esquematize as curvas de resfriamento para as composições xb = 0,16; 0,23; 0,57; 0.67 e 0,84.

1) No diagrama ternário a seguir (Figura 1), têm-se as composições em massa de nitrogênio, metano e oxigênio numa mistura gasosa a uma dada temperatura e pressão.

Os vértices A, B e C correspondem a 100% de CH4, N2 e O2, respectivamente, e cada lado oposto a esses vértices corresponde à ausência do respectivo componente na mistura. As composições do triângulo de linhas em negrito indicam que a mistura é explosiva. Com base no diagrama apresentado, responda às seguintes questões.a) A mistura de 30% de N2, 50% de O2 e 20% de CH4 em massa, num reator, é explosiva? Justifique sua resposta.b) A partir de que percentagem em massa de N2 a condição do item anterior será modificada, caso seja mantida a quantidade de CH4 na mistura? Justifique sua resposta. 2) Nas tabelas abaixo são mostrados os pontos de ebulição de algumas substâncias puras e a composição de seus azeótropos.

SUBSTÂNCIA PURA PONTO DE EBULIÇÃO NORMAL (o C)Acetona 56

Clorofórmio 61Metanol 65tolueno 111

Azeótropos (sistema binário X – Y) Composição (% em massa) Ponto de ebulição / oCAcetona – clorofórmio 20 % acetona, 80% clorofórmio 64,7

Tolueno – metanol 27,6 % tolueno, 72,4 % metanol 63,7Analise os diagramas de fase I a IV (Figura 2) indicados a seguir e decida quais representam os sistemas binários acetona-clorofórmio e tolueno-metanol. Justifique sua resposta.3) Considere o diagrama de fases abaixo (Figura 3). Indique nas várias regiões do gráfico as diferentes espécies e seus respectivos estados físicos. Qual é a fórmula da espécie formada. Esta substância pode ser encontrada no estado líquido? Faça o mesmo com o Segundo diagrama de fases. Em cada caso, indique o número de componentes e de constituintes.4)Escreva a diferencial total da função energia de Gibbs para um sistema de três componentes A, B e C mantido em condições de temperatura e pressão constante. Os potenciais químicos de uma mistura podem variar independentemente? . Justifique sua resposta com auxílio da equação de Gibbs-Duhem.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

1) No diagrama ternário a seguir (Figura 1), têm-se as composições em massa de nitrogênio, metano e oxigênio numa mistura gasosa a uma dada temperatura e pressão.Os vértices A, B e C correspondem a 100% de CH4, N2 e O2, respectivamente, e cada lado oposto a esses vértices corresponde à ausência do respectivo componente na mistura. As composições do triângulo de linhas em negrito indicam que a mistura é explosiva. Com base no diagrama apresentado, resolva as seguintes questões.a) marque os seguintes pontos no diagrama, indicando se os mesmos correspondem a misturas explosivas(A) xA = 0,2, xB = 0,8, xC = 0(B) xA = 0,42, xB = 0,26, xC = 32(C) xA = 0,8, xB = 0,1, xC = 0,1(D) xA = 0,1, xB = 0,2, xC = 0,7b) A partir de que percentagem em massa de N2 a condição do item anterior (B) será modificada, caso seja mantida a quantidade de CH4 na mistura? Justifique sua resposta.

2) Um mol de um gás monoatômico ideal é comprimido adiabaticamente num único estágio com uma pressão

oposta constante e igual a 1 MPa. Inicialmente o gás está a 27 oC e 0,1 MPa de pressão. A pressão final 1 M Pa.

Calcule a temperatura final do gás, Q, w, U, H e .S.

3) Considere as capacidades caloríficas a volume constante e a pressão constante para um gás monoatômico

ideal. Qual delas deve ter valores mais elevados? Justifique sua resposta. Considere um aquecimento qualquer,

em que condições será necessário integrar a capacidade calorífica para calcular o calor trocado. Qual o efeito do

aquecimento sobre a entalpia e a entropia dos materiais.

4) A pressão de vapor do éter dietílico é 100 torr a – 11,5 oC e 400 torr a 17,9 oC. Calcule

a) o calor de vaporizaçãob) o ponto de ebulição normal e o ponto de ebulição numa cidade onde a pressão barométrica seja de 620 torr5) O aumento de µ com o aumento de p, para um gás ideal, é um efeito da entalpia ou da entropia? Justifique bem sua resposta.

2) Considere o diagrama de fases abaixo (Figura 3). Indique nas várias regiões do gráfico as diferentes espécies e seus respectivos estados físicos. Qual é a fórmula da espécie formada. Esta substância pode ser encontrada no estado líquido?

3

)

a) I e III b) I e IV c) I e II d) III e IV e) II e III

4

)

Considerando a formação de soluções e propriedades coligativas, analise as afirmações abaixo:

I) A adição do soluto aumenta o potencial químico do solvente

II) Em uma solução ideal, soluto e solvente seguem a lei de Raoult

III) A adição do soluto provoca um decréscimo na temperatura de ebulição do solvente

IV) A adição do soluto provoca um decréscimo na temperatura de solidificação do solvente

a) I e III b) I e IV c) I e II d) II e IV e) II e III

5)

6)

a) Componente Y puro seguido de X puro

b) Componente X puro seguido de Y puro

c) Componente X puro seguido de azeótropo

d) Somente o azeótropo

e) Componente Y puro seguido de azeótropo

APENDICE:

PV = nRT R = 8,314 J / K mol; R = 0,082 L atm / K mol

1 atm = 101325 Pa 1bar = 105 Pa

dU = dW + dq, dS = dqrev/T, H = U + PV, G = H – TS, A = U – TS, dG = VdP – SdT

( ∂G∂n j )P ,T ,n '=μ j

( ∂V∂n A )P ,T=V A

( dx ndx )=nxn−1

∫ 1xdx=ln x+c

∫ xn dx= x

n+1

n+1+c

se e somente se n ≠ -1

ln (P2

P1)=−ΔvapH

R ( 1T 2

− 1T1

)