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
\frac{dP}{dT} = \frac{\Delta H_{\mathrm{vap}}}{T\,\Delta V}
onde \Delta H_{\mathrm{vap}} é a entalpia de vaporização e \Delta V a diferença de volumes molar.
  • Aumentando T, 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
\mu(T,P) = \mu^{\circ}(T) + RT\ln\!\bigl(a(T,P)\bigr),
onde a é a atividade (que depende de P 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
F = C - P + 2,
onde F é o número de graus de liberdade (variáveis independentes), C o número de componentes e P 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 \Delta H e \Delta S 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.

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