Termodinâmica Tânia Tomé
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- Laís Mangueira Bentes
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1 Transições de Fase Termodinâmica 2017 Aula 1 Exemplos Diagrama de fase inhas de coexistência e Transição de primeira ordem Ponto triplo ás de an der Waals 1
2 Bibliografia H. B. Callen, Thermodynamics F. W. Sears,.. Salinger, Termodinâmica, Teoria Cinética e Termodinâmica Estatística M. W. Zemansky, Calor e Termodinâmica M. J. Olieira, Termodinâmica, iraria Editora da Física,
3 Transições de fase Exemplos Transição entre as fases de uma substância simples: solida, liquida e gasosa Sistemas magnéticos Transição entre fase ferromagnética e fase paramagnética 3
4 Diagrama de fase Exemplo: diagrama T-p onde são representadas as fases termodinâmicas para uma determinada substância Cada fase ocupa uma região do diagrama de fase Coexistência de fases linha no diagrama de fase 4
5 Diagrama de fase Diagrama de fase: plano T-p Plano p- p S ponto triplo p Isotermas Cada ponto sobre a linha de coexistência S corresponde à coexistência de duas fases a uma dada pressão e a uma dada temperatura T Figura do liro: Sears & Salinger Termodinâmica, Teoria cinética e Termodinâmica Estatística 5
6 Diagrama de fase Exemplos: Diagrama T-p para o CO 2 Diagrama T-p para a água 6
7 Diagrama de fase do dióxido de carbono CO2 S : fase sólida Ponto crítico : fase liquida : fase gasosa Ponto triplo temperatura em graus Celsius 7
8 inhas de coexistência - S- S- linha de coexistência líquido-gás linha de coexistência sólido-gás linha de coexistência sólido-líquido Cada ponto sobre as linhas Corresponde à coexistência de duas fases a uma dada pressão e a uma dada temperatura 8
9 Ponto triplo Ponto de encontro das três linhas Coexistência de S++ Temperatura do ponto triplo & Pressão do ponto triplo Dióxido de carbono CO2 Temperatura do ponto triplo = T tl -56,57 0 C 216,58K Pressão do ponto triplo = p tl 0,518MPa 5,11atm 5 1atm 1,013x10 Pa ( 0 C) T(Kelin) 273, 15 1Pa 1Newton/m 2 9
10 Diagrama de fase do dióxido de carbono CO2 CO2 está na fase gasosa a T 0 20 C p 1atm inha de coexistência S- Ponto triplo inha de coexistência - inha de coexistência S- temperatura em graus Celsius 10
11 Dióxido de carbono Ponto crítico: Temperatura do ponto crítico = T c 304,14K Pressão do ponto crítico = p c 7,375MPa 1atm 1,013x10 5 Pa 1Pa 1Newton/m 2 11
12 Diagrama de fase da água 12
13 Cada ponto sobre uma linha no diagrama T-p corresponde à coexistência de duas fases a uma dada pressão e a uma dada temperatura T 1atm 1,013x10 5 Pa ( o C) T ( Kelin) 273,15 Ponto triplo: S, e coexistem. Água Temperatura do ponto triplo = T tl 0,01 0 C 273, 16K Pressão do ponto triplo= p tl 611,7Pa Ponto crítico: Temperatura do ponto crítico= T c C 647,14K Pressão do ponto crítico= p c 22,06 MPa 13
14 Transições de primeira ordem coexistência de fases Volumes molares V N V N. Características de cada gás:. Fixados T e p não mudam Exemplo: H 2 O T ( o C) p(atm) ( g / 3 cm ) 1/ T p , , ,1 1, ,854 0, , ,16 1, ,61 0,1135 0,574 8,81 1,742 14
15 Água T ( 0 C) 3 p (atm) ( g / cm ) ( g / cm ) 50 0,126 0,990 0, ,033 0,963 0, ,854 0,914 0, ,86 0,865 0, ,6 0,799 0, ,6 0,714 0, ,2 0,641 0, ,2 0,574 0, ,528 0, ,7 0,45 0, , ,307 0,307 3 T c 374,15 0 C 647,14K p c 222 atm 22,06 MPa 0 T tl 0,01 C 273, 16K p tl atm 611,7 Pa 15
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18 Substância simples: planos T-p e p-v Plano T-p Plano p- Isotermas S S Cada ponto sobre a linha de coexistência corresponde à coexistência de duas fases a uma dada pressão e a uma dada temperatura S++ Sears & Salinger Termodinâmica, Teoria cinética e Termodinâmica Estatística 18
19 Isotermas no plano p- p T3 T c T2 T c T1 T c 19
20 Obserações experimentais Diagrama T- p para o CO2: Isotermas de Andrews 20
21 CO 2 Isotermas de Andrews (1860) 21
22 p RT Empírica (1660) Comportamento dos gases acima de T c Temperatura crítica & Pressão crítica amos er em outra aula Experiências de Andrews ( ) Teoria Transições de fase an der Waals (tese de doutorado,1873) 22
23 ás de an der Waals an der Waals tese de doutorado 1873 an der Waals propôs a seguinte relação entre a temperatura, a pressão e o olume de um gás: p RT ( b) a 2, em que a e b são constantes empíricas 23
24 ás de an der Waals p RT ( b) a 2, Obseração Energia interna molar para o gás de an der Waals: u RcT a, 24
25 ás de an der Waals & Transições de fase Agora amos oltar ao estudo de transições de fase 25
26 Isotermas de an I der Waals p Após a construção de Maxwell (amos er em outra aula) obtemos patamares de coexistência como mostrado a seguir
27 Isotermas noplano p- p Patamar de coexistência T3 T c T2 T c T1 T c 27
28 Diagrama p- Isoterma no plano p- para T<Tc PATAMAR coexistência de uma fase líquida () com olume, a uma determinada pressão e uma fase gasosa () com olume. PATAMAR p * p Coexistência + Isoterma * T * T 28
29 Patamar de coexistência x x + olume molar aria V V V N N N p * p íq.. C + linha de coexistência T * isoterma. ás * T e : limiares de coexistência C: (, p*) C C x C x OBTER! x C x C 29
30 Transições de primeira ordem coexistência de fases Substância no estado líquido em coexistência com seu apor I A e B limiares de coexistência A (, p*) p B (, p*) A B De B até A o apor passa a se condensar e pressão do apor. p const. p* T1 T c Quando a condensação se completa (em A) a pressão olta a aumentar. A B 30
31 Calor latente I e Calor recebido a pressão constante Transformação líquido apor * T=const.= T e T * S Na transição T= const. = T* Calor latente I molar e e T * s T *( s s ) e e / N : quantidade de calor necessária para eaporar 1 mol do líquido s e s : constantes durante a transição de fase 31
32 FIM 32
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