SISTEMAS TERNÁRIOS ESTUDO DO EQUILÍBRIO SÓLIDO-LÍQUIDO

SISTEMAS TERNÁRIOS

ESTUDO DO EQUILÍBRIO SÓLIDO-LÍQUIDO

DEQ0519 – TERMODINÂMICA EXPERIMENTAL - T02 (2016.1- 6M12) - Laboratório de Termodinâmica – Departamento de Engenharia Química – Universidade Federal do Rio Grande do Norte – Natal RN.

Resumo

Introduzir conceitos em termodinâmica sobre equilíbrio sólido-líquido, e associar estes conceitos de maneiras simples, rápidas e seguras, compreendendo a influência da temperatura na solubilidade para assim conseguir plotar e analisar um diagrama de fases da mistura NaCl – KCl – H20, a partir da qual serão feitas utilizando a técnica da termometria quasi-isotérmica e as demais teorias trabalhadas nas experiências.

Palavras-chave: Equilíbrio, solubilidade, quasi-isotérmica.

Introdução

Uma solução pode ser definida como uma mistura homogênea de uma ou mais substâncias. Sempre a substância presente em maior quantidade é denominada solvente, e as outras substâncias presentes na solução são conhecidas como soluto. Toda solução apresenta certo comportamento dependendo na natureza do soluto e sua concentração. Dessa forma, podemos afirmar que A solubilidade de um soluto é a massa do soluto que pode ser dissolvida numa certa quantidade de solvente a uma determinada temperatura [1]. Portanto, solubilidade é a capacidade de uma substância dissolver-se ao entrar em contato com uma substância solvente.  Esse conceito de solubilidade é extremamente importante na Engenharia Química.

Em um sistema heterogêneo com n fases que possuem propriedades termodinâmicas semelhantes e solubilidade constante podem existir o equilíbrio sólido-líquido. A partir da consideração de um sólido em equilíbro termodinâmico com um líquido, podemos aplicar a condição de equilíbrio de fases ao soluto genérico, com isso obtemos:                                                   [pic 1]

Para uma temperatura (T) e pressão (P) constantes, conseguimos obter uma relação através da fugacidade:

[pic 2] [pic 3]

Onde [pic 4] é a fração molar do componente i na fase sólida e [pic 5]é a composição molar do componente i na fase líquida. O [pic 6]é a fugacidade para o sólido e o líquido e [pic 7]

Se: [pic 8],

Então;  [pic 9]

        Admitindo que as pressões de vapor do sólido puro e do líquido comprimido (subarrefecido) são baixas, podem substitui-se as pressões de vapor pelas fugacidades, ou seja: [pic 10] e [pic 11]. Se a natureza do solvente for semelhante à do soluto, pode-se aceitar que [pic 12]. Aplicando as duas simplificações, obtém-se: [pic 13] que representa a solubilidade “ideal” do componente i.                                

        Essas informações são muito importantes para a indústria, pois através delas conseguimos encontrar a solubilidades em sistemas em equilíbrio. Os diagramas de fases consistem em representações práticas de sistemas em equilíbrio.  Podemos utilizar um tipo de diagrama ternário, utilizado para três componentes, para saber as condições de concentrações que se consegue em diferentes fases de um sistema.  Através da temperatura, pressão e variáveis da composição da composição, é possível descrever o estado de equilíbrio perfeitamente para um sistema ternário. Pela leitura do gráfico, obtemos as informações de cada componente puro, que são representados pelo vértice do triângulo, podemos observar os sistemas binários, que são os lados do triângulo, e onde a solução é homogênea, que é quando os pontos internos representam sistemas ternários.

Parte Experimental

  Para a realização deste experimento utilizamos o método da termometria quasi-isotérmica, esse método tem a capacidade de identificar os efeitos térmicos em um determinado sistema, a partir de um surgimento ou desaparecimento de fase. Este método tem o intuito de verificar a variação das propriedades físicas de acordo com a constante adição se solvente na composição da mistura.

Para esse experimento utilizamos cloreto de potássio, cloreto de sódio e água destilada, com elas preparamos cinco misturas em células de vidro com diferentes composições de KCl, NaCl e H2O. Adicionou-se um pouco de água na camisa do reator para o controle da temperatura e inseriu-se a célula de vidro no reator junto com uma barra magnética para a agitação. A injeção do solvente se deu através de uma bureta, e a vazão foi diferente para cada mistura, conforme a Tabela 01.

	KCl	NaCl	H2O
MISTURA 1 0,0133mL/min	x(%): 22,33 Massa:2,8	x(%): 0 Massa: 0	x(%): 77,67 Massa: 5,2
MISTURA 2 0,0083mL/min	x(%): 21,79 Massa: 2,04	x(%): 8,54 Massa: 0,8	x(%): 69,67 Massa: 5,38
MISTURA 3 0,0167mL/min	x(%): 12,83 Massa: 1,2012	x(%): 17,37 Massa: 1,6263	x(%): 70,25 Massa: 5,2448
MISTURA 4 0,0167mL/min	x(%): 8,39 Massa:0,7856	x(%): 21,51 Massa: 2,0144	x(%): 74,18 Massa: 5,2245
MISTURA 5 0,05mL/min	x(%): 4,40 Massa: 0,4123	x(%): 25,66 Massa: 2,4025	x(%): 75,72 Massa: 5,2733
MISTURA 6 0,05mL/min	x(%): 0 Massa: 0	x(%): 29,98 Massa: 2,8077	x(%): 76,79 Massa: 5,2282

Tabela 01: Composições das misturas expressas em frações mássicas e vazão de solvente em cada uma delas.