Determine a fase e o o volume específico para as seguintes condições:
Argônio
Argônio
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- Determinar a fase do argônio nas condições dadas.
- Calcular o volume específico nessas mesmas condições.
As informações fornecidas (já convertidas para unidades SI) são:
- Temperatura:
. - Pressão:
.
Dados de propriedades do argônio que serão usados (valores padrão de tabela):
- Massa molar:
. - Constante universal dos gases:
. - Temperatura crítica (tabela):
. - Pressão crítica (tabela):
.
Passo 2
Estratégia e justificativa didática (o que vamos usar e por quê).
- Para avaliar a fase: comparar
com . Se não existe separação líquido-vapor em equilíbrio — a substância está em estado supercrítico (uma única fase). Também é útil olhar para as razões reduzidas e para avaliar quão distante do crítico estamos. - Para calcular o volume específico
(volume por unidade de massa) usaremos a equação dos gases ideais se for válida como boa aproximação. A equação dos gases ideais na forma específica é
onde:
-
é o volume específico ( ), -
é a constante específica do gás ( ), -
é a temperatura absoluta ( ), -
é a pressão ( ). -
A constante específica
do argônio obtém-se por
onde
e
já foram listados. Vou calcular
e depois
. Também vou checar
e
para justificar o uso da aproximação de gás ideal.
Passo 3
Cálculo da constante específica
do argônio.
Agora a conta:
Breve explicação:
tem unidades
e dividindo por
(kg/mol) obtemos
, que é a constante que usamos na forma específica da equação dos gases.
Passo 4
Cálculo do volume específico usando a equação dos gases ideais.
Aplicando
Aplicando
substituindo os valores:
Faço a multiplicação e divisão:
Arredondando razoavelmente (3 algarismos significativos) obtemos
Passo 5
Verificação da fase (explicação detalhada e justificativa do uso do gás ideal).
- Calculo da temperatura reduzida:
- Calculo da pressão reduzida:
Interpretação didática:
significa que a temperatura é mais de três vezes a temperatura crítica; portanto a substância está bem acima da região crítica em temperatura. Mesmo que a pressão seja pequena em relação à crítica (
), o fato decisivo é que
: não existe equilíbrio líquido-vapor — a amostra não pode ser classificada como “líquido” ou “vapor saturado” nessas condições tradicionais; chama-se fluido supercrítico (uma única fase com propriedades contínuas). Em muitas aplicações isso se refere a comportamento “gasoso” mas tecnicamente é um fluido supercrítico.
Quanto ao uso da equação dos gases ideais: para
tão alto e
moderada, o fator de compressibilidade
ficará próximo de 1, logo a aproximação de gás ideal é adequada para obter o volume específico com boa precisão. Portanto o valor calculado para
pela lei dos gases ideais é aceitável para fins de prova/estimativa.
Resposta
Fase: fluido supercrítico (não existe coexistência líquido–vapor porque
).
Volume específico:
Volume específico: