15.9 Oxigênio puro é aquecido, a volume constante, do estado onde
e
até um estado onde
. Determine a pressão e a composição no estado final e a transferência de
calor no processo de aquecimento.
calor no processo de aquecimento.
Passo 1
O enunciado pede para aquecer oxigênio puro a volume constante do estado inicial
até
. Como a temperatura é alta, parte do
se dissocia em átomos
. Para resolver, usaremos:
- a lei dos gases ideais em processo isocórico,
- o equilíbrio da reação
a 3200 K, - o cálculo do calor
a partir da variação de entalpia de aquecimento e de dissociação.
Passo 2
Em volume constante, a lei dos gases ideais dá
Tomando 1 mol de
inicial e definindo
mol como extensão de reação, no equilíbrio temos
Logo
Passo 3
Para a reação
o equilíbrio em termos de
é
onde
,
,
Substituindo e usando
obtém-se
De tabelas, a 3200 K vale aproximadamente
Isto leva à equação quadrática
Isto leva à equação quadrática
cuja solução física é
Passo 4
Com
em mãos, a pressão final vale
As frações molares finais são
Passo 5
O calor transferido é a entalpia de aquecimento mais a de dissociação:
com
mol,
e
.
Calculando
Calculando
temos