De quais fatores depende o equilíbrio de fases?
Passo 1
Para entender de quais fatores depende o equilíbrio de fases, primeiro lembramos a condição termodinâmica fundamental: em equilíbrio, o potencial químico de cada componente é o mesmo em todas as fases presentes. Isso significa que não há tendência líquida de transferência de matéria entre fases. Para tratar quantitativamente esse equilíbrio iremos considerar três variáveis principais: temperatura, pressão e composição.
Passo 2
Temperatura
- A temperatura afeta diretamente o potencial químico de cada fase, pois altera entalpias e entropias.
- Via a equação de Clapeyron, para uma mudança de fase pura (por exemplo, líquido-vapor) temos
onde
é a entalpia de vaporização e
a diferença de volumes molar.
- Aumentando
, geralmente desloca o equilíbrio para a fase com maior entropia (ex.: mais vapor).
Passo 3
Pressão
- A pressão, assim como a temperatura, muda o potencial químico pela relação
onde
é a atividade (que depende de
e composição).
- Em processos gás-líquido, elevar a pressão favorece a fase mais densa (líquido); em sólido-líquido, aumenta o ponto de fusão.
Passo 4
Composição e número de componentes
- Em misturas, a fração molar de cada componente em cada fase define atividades ou pressões de vapor parciais.
- A regra das fases de Gibbs diz
onde
é o número de graus de liberdade (variáveis independentes),
o número de componentes e
o número de fases.
- Assim, a composição (frações molares) é um fator essencial para estabelecer o equilíbrio.
Passo 5
Natureza química e interações intermoleculares
- A força de interação (ligações de hidrogênio, dipolo-dipolo, London) altera
e de mudança de fase, deslocando o ponto de equilíbrio. - Impurezas ou solutos não voláteis, por exemplo, abaixam a pressão de vapor (efeito crioscópico) e modificam o equilíbrio.
Resposta
O equilíbrio de fases depende principalmente de
- Temperatura
- Pressão
- Composição (frações molares e número de componentes)
além da natureza química dos componentes e das forças intermoleculares presentes.