Para cada um dos seguintes sistemas em equilíbrio, calcule o número de graus de liberdade (L) e prediga de forma razoável suas variáveis intensivas independentes (desconsidere a ionização da água).
água líquida, benzeno líquido (estes dois líquidos são essencialmente imiscíveis) e uma mistura dos vapores de ambos os líquidos.

Passo 1

Estamos lidando com três sistemas em equilíbrio à escolha:
  1. Água líquida pura.
  2. Duas fases líquidas imiscíveis (água líquida e benzeno líquido).
  3. Mistura de vapores de água e benzeno (uma única fase gasosa).
    Para cada caso vamos usar a Regra de Gibb’s para graus de liberdade:
L = C - P + 2
onde C é o número de componentes químicos e P é o número de fases presentes.

Passo 2

Sistema 1: água líquida pura.
– Componentes: somente água, logo C=1.
– Fases: apenas a fase líquida de água, logo P=1.
Aplicando
L = 1 - 1 + 2 = 2.
Como só restam duas variáveis intensivas livres, faz sentido escolher temperatura T e pressão P como independentes.

Passo 3

Sistema 2: duas fases líquidas imiscíveis (água e benzeno).
– Componentes: água e benzeno, logo C=2.
– Fases: fase líquida de água e fase líquida de benzeno, logo P=2.
Aplicando
L = 2 - 2 + 2 = 2.
Mesmo tendo dois líquidos separados, cada um é puro (composição fixa), então as duas variáveis intensivas independentes podem ser novamente T e P.

Passo 4

Sistema 3: mistura de vapores de água e benzeno (fase gasosa única).
– Componentes: água e benzeno, logo C=2.
– Fases: apenas a fase gasosa, logo P=1.
Aplicando
L = 2 - 1 + 2 = 3.
Três variáveis intensivas independentes típicas são:
  • a temperatura T,
  • a pressão total P,
  • a composição da fase gasosa (por exemplo, a fração molar de água \displaystyle y_{\mathrm{H_2O}}).

Resposta

Sistema 1 (água líquida pura): L=2. Variáveis independentes razoáveis: T e P.
Sistema 2 (água + benzeno líquidos imiscíveis): L=2. Variáveis independentes razoáveis: T e P.
Sistema 3 (mistura gasosa de vapor de água e benzeno): L=3. Variáveis independentes razoáveis: T, P e fração molar de água \bigl(y_{\mathrm{H_2O}}\bigr).

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