EXEMPLO: Difusão gasosa de oxigênio
- nitrogênio
Numa mistura gasosa de oxigênio-nitrogênio a 1 atm e
contida entre dois planos separados pela distância
, as concentrações de oxigênio nos dois planos são 10 e 20% (por volume). Calcule o fluxo de oxigênio para as seguintes situações:
a) nitrogênio estacionário;
b) contradifusão equimolar dos dois gases.
a) nitrogênio estacionário;
b) contradifusão equimolar dos dois gases.
Passo 1
Temos uma mistura gasosa O
–N
a 1 atm e
C presa entre dois planos com separação
m. A fração molar de O
nos planos é
e
. Vamos calcular o fluxo molar de O
(
) em dois casos: nitrogênio estacionário e difusão contradirecional equimolar. Usaremos o coeficiente de difusão binária típico
, a lei dos gases ideais para obter a concentração total
e a Lei de Fick (e sua forma integrada para contradifusão).
Passo 2
Calcular a concentração total do gás a 1 atm e
K pela lei dos gases ideais:
com
,
e
.
Passo 3
Caso a) nitrogênio estacionário: não há fluxo convectivo, então se aplica a Lei de Fick simples
O gradiente é
. Logo
Passo 4
Caso b) contradifusão equimolar: a taxa de difusão de cada gás é igual e oposta, de modo que o fluxo total
. A forma integrada da Lei de Fick para difusão binária com
é
cuja solução é
Passo 5
Substituindo
,
,
,
e
:
Resposta
(a)
(fluxo de O
do plano de
para o de
).
(b) (contradifusão equimolar).
(b)