PROBLEMAS DE TERMODINÂMICA QUÌMICA II MIEQ

PROBLEMAS DE TERMODINÂMICA QUÌMICA II

MIEQ

Engª dos Materiais

2007 - 2008

1. DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO DE FASES

Problema 1

São dados os valores (P, x, y) do equilíbrio Líquido-gás (LG)  para o sistema acetonitrilo(1)+nitrobenzeno(2)  a 75 ºC.

[pic 1]

a) Construa o diagrama (P, x, y) do sistema binário;

b) Diga o que acontece quando se diminui a pressãode uma mistura líquida equimolar desde 90 a 40 kPa.

Problema 2

São dados os valores (T, x, y) do equilíbrio LG para o sistema acetonitrilo(1)+nitrobenzeno(2) a 70 kPa.

[pic 2]

a) Construa o diagrama (T, x, y) do sistema binário;

b) Diga o que acontece quando se arrefece uma mistura gasosa equimolar desde 90 a 65 ºC.

c) Construa o diagrama (y, x).

Problema 3

Considere o diagrama temperatura – composição do equilíbrio líquido + gás para o sistema água(1)+acetato de etilo(2) a 1 atm, dado em anexo.

1. Identifique os pontos notáveis e cada zona do diagrama
2. Construa o diagrama (y, x) e comente;
3. Considere que 100 moles de uma mistura de composição 30 % molar em acetato de etilo é aquecida de 70 a 100 ºC.

       b1)  Referir as transformações que têm lugar nesse processo de aquecimento;

       b2)   Determinar a composição e quantidade das fases em equilíbrio à temperatura de 85 ºC.

[pic 3]

Problema 4

Os líquido iónicos (LIs) representam uma nova classe de compostos líquidos à temperatura ambiente com propriedades novas e prometedoras, sob o ponto de vista ambiental das aplicações em engenharia . São geralmente formados por um catião orgânico e uma anião inorgânico. Por exemplo, o catião orgânico,1 butil-3-metil-imidazólio, [C4MIM]+, pode combinar-se com o anião inorgânico Bis((trifluorometil)sulfonil)imida, [NTf2]-. Os resultados que se seguem dizem respeito ás misturas líquidas binárias de [C4MIM]+ [NTf2]- com os solventes ciclohexanol e 1,2-hexanodiol. Os iões  [C4MIM]+ [NTf2]-  são:

[pic 4]

[pic 5]

Curvas de coexistência LL para o sistema [C4MIM]+ [NTf2]-(1)+Ciclohexanol (2) (▲, ∆) e [C4MIM]+ [NTf2]- (1) + 1,2-hexanodiol (2) (∙, ○).

1. Identifique os domínios de fases e os pontos notáveis do diagrama;
2. Descreva o que acontece no arrefecimento de uma mistura 70 % (em massa) de LI com ciclohexanol desde 330 a 300 K.
3. Qual a composição das fases em equilíbrio à temperatura de 300 K para a mistura referida?

Problema 5

Considere o diagrama de fases (T,x) referente ao sistema prata(Ag)+Ouro(Au) dado em anexo.

1. Identifique os domínios de fases e os pontos notáveis do diagrama;
2. Considere o arrefecimento de 100 kg de uma liga constituída por 40% (ponderal)  inicialmente à temperatura de 1050 ºC.

        - descreva os fenómenos que ocorrem se o arrefecimento tiver lugar até à temperatura de 950ºC;

        - determine a composição e quantidade das fases obtidas à temperatura de 1000 ºC.

[pic 6]

RESPOSTA:  b) m(líquido)= 71 kg ;  m(sólido)= 29 kg.

Problema 6

 Considere o diagrama de fases (T,x) referente ao sistema zinco(Zn)+magnésio(Mg) dado em anexo.

1. Identifique os domínios de fases e os pontos notáveis do diagrama;
2. Considere o arrefecimento de 100 moles de uma liga indicada pelo ponto M no diagrama:

1. descreva os fenómenos que ocorrem se o arrefecimento tiver lugar até à temperatura de 300ºC;
2. determine a temperatura a que deverá ser arrefecida a referida mistura de modo a que precipitem 8.3 moles de magnésio no composto S.

[pic 7]

                                                                M

[pic 8]

RESPOSTA:  b)  t = 400 ºC[pic 9]

Problema 7

O diagrama de fases do sistema CaF2 + CaCl2 dá-se em anexo.

Considere o arrefecimento de 100 mol de uma mistura dos dois compostos, 70 % molar em CaCl2, desde a temperatura de 800 ºC até à de 500 ºC.

1. Identifique os domínios de fases e os pontos notáveis do diagrama;
2. Refira os fenómenos que ocorrem durante o arrefecimento lento da mistura anteriormente referida;
3. Determine as quantidades:

1. das fases presentes imediatamente antes da transformação que ocorre à temperatura Te;
2. das fases sólidas (primárias e secundárias) existentes a 500 ºC.

DADOS : MCaCl2= 110.983 ;  MCaF2 = 78.075

[pic 10]

[pic 11]

2. CÁLCULO DE FUGACIDADES E COEFICIENTES DE FUGACIDADE

Problema 8

Calcule a fugacidade do árgon à temperatura de 273.15 K e à pressão de 10.1 MPa:

a)        supondo que o comportamento PVT do gás é descrito pela equação de estado de virial;

b)        supondo que o comportamento PVT do gás é descrito pela equação de estado de SOAVE.

Notas: 

(i) Tenha em atenção que para equações de estado explicitas no volume molar, é conveniente considerar a relação

[pic 12]

onde V é o volume molar e Z o factor de compressibilidade.

(ii)  Para a equação de estado de SOAVE, o coeficiente de fugacidade é definido por: