O sistema ácido benzóico(1)/água(2) apresenta apenas uma fase líquida para temperaturas superiores a
. Para a temperatura de
, uma das fases contém aproximandamente
de ácido e a outra fase
de ácido (em base molar). Construa um esboço para o diagrama de fases deste sistema (temperatura contra x1).
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um exercício que fala sobre o sistema ácido benzóico e água. A gente sabe que, acima de 115°C, esse sistema fica tudo misturado em uma única fase líquida. Mas, quando a gente esfria para 80°C, ele se separa em duas fases: uma com cerca de 1% de ácido benzóico e outra com 35% de ácido, em termos molares. O que a gente precisa fazer é desenhar um esboço do diagrama de fases desse sistema, relacionando temperatura com a fração molar de ácido benzóico (x₁).
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é um diagrama de fases. Ele mostra como as diferentes fases (líquida, gasosa, sólida) de um sistema variam com a temperatura e a composição. No nosso caso, estamos lidando com duas componentes: ácido benzóico e água. A fração molar x₁ representa a quantidade de ácido benzóico na mistura.
Passo 3
Para construir o diagrama, precisamos plotar a temperatura no eixo vertical e a fração molar de ácido benzóico (x₁) no eixo horizontal. Sabemos que acima de 115°C, só tem uma fase líquida, então essa será a área acima desse ponto no diagrama. A 80°C, temos duas fases com concentrações diferentes de ácido benzóico: uma com 1% e outra com 35%.
Passo 4
Vamos marcar no eixo vertical a temperatura de 115°C, que é o ponto onde as duas fases se fundem em uma única fase líquida. Em seguida, a 80°C, vamos indicar duas pontas: uma em x₁ = 0,01 (1% de ácido) e outra em x₁ = 0,35 (35% de ácido). Essas duas pontas representam as composições das duas fases coexistentes nessa temperatura.
Passo 5
Conectando esses pontos, teremos uma região no diagrama onde duas fases coexistem, limitada pela curva que começa em x₁ = 0,01 e termina em x₁ = 0,35 a 80°C, e se estende até x₁ = 0,115 (quando x₁ é a fração molar correspondente a 115°C) onde as duas fases se tornam uma só. Assim, o esboço final mostra a área de uma única fase acima de 115°C e a coexistência de duas fases a 80°C com as porcentagens de ácido benzóico especificadas.
Resposta
O esboço do diagrama de fases temperatura vs. x₁ mostra uma única fase líquida acima de 115°C e, a 80°C, duas fases coexistentes com x₁ ≈ 0,01 e x₁ ≈ 0,35. A curva de coexistência conecta esses pontos, indicando a separação de fases abaixo de 115°C.