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 i como a derivada parcial da energia livre de Gibbs em relação ao número de mols ni, à temperatura T e pressão P constantes:
mui ;=;(partial Gpartial ni)T,P,njneq i
Isso significa que mui mede quanto varia a energia livre do sistema ao se acrescentar uma pequena quantidade da substância i.

Passo 3

Como mui é definido por derivada de G em relação a ni, ele é uma propriedade intensiva: não depende do tamanho do sistema, apenas de T, P e composição. Isso permite comparar diretamente mui em fases de volumes ou quantidades diferentes.

Passo 4

Para equilibrar duas fases alpha e beta contendo a mesma espécie i, exige-se igualdade dos potenciais químicos:
mui^,alpha ;=;mui^,beta
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 mui^,alpha>mui^,beta, há tendência de i passar de alpha para beta até igualarizar mui.

Passo 6

Como mui varia de forma bem-comportada com T, P 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 ( mui=(partial G/partial ni)T,P), medindo o efeito de uma pequena variação na composição.
  • Em equilíbrio de fases a condição é mui^,alpha=mui^,beta.
  • Fornece o critério de espontaneidade: matéria flui de fases com maior para menor mui até a igualdade.
  • Depende de T, P e composição, permitindo construir e interpretar diagramas de fases.

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