O comportamento do equilíbrio de fases da mistura furfural (C5 H4 O2) - água é complicado, pois o furfural e a água são parcialmente miscíveis na fase líquida.
a) Quantos graus de liberdade existem para a mistura líquido-vapor se somente uma fase líquida está presente?
b) Quantos graus de liberdade existem para um sistema em que duas fases líquidas estão em equilíbrio com vapor?

Passo 1

O enunciado trata de uma mistura binária (furfural C5H4O2 + água) cuja fase líquida é parcialmente miscível. Queremos saber o número de graus de liberdade (variáveis intensivas independentes) em dois casos de equilíbrio de fases. O conteúdo principal aqui é a Regra das Fases de Gibbs.

Passo 2

Para aplicar a Regra das Fases de Gibbs, identificamos o número de componentes da mistura e o número de fases em equilíbrio. Como temos furfural e água, o número de componentes é
C = 2
A Regra das Fases de Gibbs diz que o número de graus de liberdade F é
F = C - P + 2,
onde P é o número de fases em equilíbrio.

Passo 3

a) No caso em que só há uma fase líquida em equilíbrio com a fase vapor, temos
P = 2(liquido + vapor)
Substituindo na regra:
F = 2 - 2 + 2 = 2
Isso significa que podemos variar duas variáveis intensivas independentemente (tipicamente temperatura e pressão) sem sair da região de coexistência líquido-vapor.

Passo 4

b) No caso em que existem duas fases líquidas imiscíveis em equilíbrio com vapor, temos
P = 3(liquido1 + liquido2 + vapor)
Substituindo na regra:
F = 2 - 3 + 2 = 1
Aqui só sobra um grau de liberdade: quando ajustamos, por exemplo, a temperatura, a pressão e as composições das três fases ficam automaticamente definidas por esse único parâmetro.

Resposta

(a) F = 2
(b) F = 1

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