O comportamento do equilíbrio de fases da mistura furfural
- 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?
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
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
A Regra das Fases de Gibbs diz que o número de graus de liberdade
é
onde
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
Substituindo na regra:
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
Substituindo na regra:
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)
(b)
(b)