i) Quais as propriedades do potencial químico que o tornam interessante para investigar o equilíbrio entre fases?
Passo 1
O enunciado pergunta quais propriedades do potencial químico tornam-no útil para estudar o equilíbrio entre fases. O conteúdo é Termodinâmica (potencial químico e equilíbrio de fases) e vamos usar a relação entre potencial químico e energia livre de Gibbs, além dos critérios de equilíbrio.
Passo 2
Definimos o potencial químico de uma espécie
como a derivada parcial da energia livre de Gibbs em relação ao número de mols
, à temperatura
e pressão
constantes:
Isso significa que
mede quanto varia a energia livre do sistema ao se acrescentar uma pequena quantidade da substância
.
Passo 3
Como
é definido por derivada de
em relação a
, ele é uma propriedade intensiva: não depende do tamanho do sistema, apenas de
,
e composição. Isso permite comparar diretamente
em fases de volumes ou quantidades diferentes.
Passo 4
Para equilibrar duas fases
e
contendo a mesma espécie
, exige-se igualdade dos potenciais químicos:
Essa condição é o critério de equilíbrio de fases para cada componente.
Passo 5
O sinal do desnível de potencial químico determina a direção espontânea de transferência de matéria: se
, há tendência de
passar de
para
até igualarizar
.
Passo 6
Como
varia de forma bem-comportada com
,
e composição, ele serve de base para traçar curvas de equilíbrio (diagramas de fases) e prever o efeito de mudanças de condição externa sobre a coexistência de fases.
Resposta
- É uma propriedade intensiva, permitindo comparação entre fases de tamanhos diferentes.
- É a derivada parcial da energia livre de Gibbs (
), medindo o efeito de uma pequena variação na composição. - Em equilíbrio de fases a condição é
. - Fornece o critério de espontaneidade: matéria flui de fases com maior para menor
até a igualdade. - Depende de
, e composição, permitindo construir e interpretar diagramas de fases.