aula 3-estados condensados
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Estados Condensados:
Lquidos e slidos
Viviana Oliveira Mateus.
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Grande intensidade das foras de interao de Wan der
Waals, que dependem da proximidade entre as
molculas;
Energia cintica e potencial, desenvolvida para os
lquidos atravs do movimento no meio e das vibraes
das molculas, e para os slidos apenas pelas vibraes;
A viscosidade, resistncia ao movimento quando
aplicando-se uma tenso, para os lquidos muito maior
que para os gases;
A tenso superficial, que mede a fora nescessria para
que as molculas do interior do lquido atinja a superfcie,
grande para os lquidos;
CARACTERSTICAS DOS LQUIDOS E SLIDOS
-
Densidade muito maior que os gases;
Volume molar de 500 1000 vezes menor que a
dos gases;
Distncia entre as molculas 10 vezes menor que
a dos gases;
Foras de interao de Wan der Waals atuam de
forma mais efetiva;
Dificuldade de determinao de uma equao de
estado;
CARACTERSTICAS DOS LQUIDOS E SLIDOS
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2V
a
bV
RTp
Diniz Silva 4
CONSEQUNCIAS PARA EQ. DE WAN DER WAALS
liqGs VV
Grande interao
intermolecular
bV
Efeito do tamanho
das molculas
-
Diagrama Volume x Temperatura para a gua:
Diniz Silva 5
LEI DE GAY-LUSSAC
-
Para p = cte e m = cte, temos a variao do
volume em funo da temperatura como uma
funo linear:
a = coeficiente linear
b = coeficiente angular
bTaV
mpT
V
V
,
0
Diniz Silva 6
LEI DE GAY-LUSSAC
-
Aumento relativo do volume por grau de
temperatura:
Para Gases:
Para slidos e lquidos:
T
V
V
1
T
1
Diniz Silva
COEFICIENTE DE DILAO TRMICA R
ela
es m
ate
m
tica
s
-
Ex: Duas barra de ferro de volume 5 e 10 cm3
respectivamente so submetidas a mesma variao de
temperatura de 10C. Como so constitudas da
mesma substncia, observou-se que ambas variam 1%
do seu volume. Qual os coeficientes de dilatao
trmica das barras?
001,010
10,0
10
1
001,010
05,0
5
1
11
b
a
T
V
VT
V
V
Diniz Silva 8
COEFICIENTE DE DILAO TRMICA E
xe
rcc
io
-
Equao de variao de volume com a temperatura:
Onde:
T = temperatura final;
T0 = temperatura inicial;
V0 = Volume do lquido ou slido a T0.
Se T0 = 273,15K = 0C:
Para grandes intervalos de temperatura no constante:
00
1 TTVV
TVV 10
Diniz Silva 9
COEFICIENTE DE DILAO TRMICA
...)1(2
0 bTaTVV
-
Eq de variao de volume com a presso:
Onde:
P = presso final;
k = coeficiente de compressibilidade;
V0 = Volume uma determinada T e a presso de 1 atm.
Se T = 273,15K = 0C e p = 1 atm, ento temos para V0:
V00 = Volume padro 0C e 1 atm.
)]1(1[0
pVV
11000
pVV
Diniz Silva 10
RELAO ENTRE VOLUME E PRESSO
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Diminuio relativa de volume por unidade de aumento da
presso:
Para Gases:
Para slidos e lquidos:
P
1
tp
V
V
1
Diniz Silva 11
COEFICIENTE DE COMPRESSIBILIDADE
-
00
1 TTVV
11000
pVV
2
1
EQ DE ESTADO PARA SLIDOS E LQUIDOS
1110
0
0 pTTVV
Substituindo (2) em (1) temos:
-
Questo
A 20C, um recipiente rgido e selado (volume no
varia) completamente cheio com lcool etlico. Se
a temperatura final for de 80C, qual a presso que se
desenvolver no recipiente? k= 110x10-6 atm-1, = 11,2 x10-4K-1
-
Diniz Silva 14
MUDANAS DE ESTADO FSICO
-
Mudana de fase
Slido Lquido Gasoso
Transformaes fsicas:
Neste processos, a quantidade de calor envolvido proporcional
quantidade de matria.
Ex: H20(g) H20(l)
H = Hf (reagente) Hi (produtos)
-1
4 2 2 2 ,
-11
2 2 2 ,2
2 2 ,
C H (g) + 2O (g) C O (g) + 2H O (l) 890.35kJ m ol (a)
H (g) + O (g) H O (l) 285.84kJ m ol (b)
C (graphite) + O (g) C O (g) 393.5
r m a
r m b
r m c
H
H
H
-1
1kJ m ol (c)
Exemplo:
-1
( 890.35) 2 ( 285.84) ( 393.51)
74.84kJ m ol
r mH
-
Sistemas que variam com a temperatura
Qual a relao entre H e U?
oVaporizaFusoaoSub
aossubaoSub
LiquefaooVaporiza
ocondensaFuso
QQQ
QQ
QQ
QQ
lim
limRelim
Arranjo ordenado
Cristalino
Separao das
molculas
Arranjo cristalino
+
Separao das
molculas
-
Temperatura constante (reagentes, produtos):
Mudana de fase
Neste processos, a quantidade de calor envolvido proporcional
quantidade de matria.
q = m . fusH Frmula:
Mudanas de volume quando passa do slido para o lquido
Ex: H2O(l) (100C) H20(g) (100C)
q = m . vapH
H U
Calor de
vaporizao
-
Presso desenvolvida pelo equilbrio lquido-vapor de uma
substncia;
Quanto maior a fora de ligao intermolecular, menor a
presso de vapor.
Relao entre Presso de Vapor e Qvap;
RT
Q vap
epp
Distribuio
de Boltzmam
Mudana de estado fsico
-
Presso de vapor
Quanto mais se aumenta a temperatura, maior ser a taxa de ebulio da
gua, mas, enquanto a presso exercida pelo vapor for menor do que a
presso exercida pela atmosfera, a quantidade de molculas que se
condensa aumenta a medida que compensa a quantidade de molculas
que vaporiza, restabelecendo assim o equilbrio dinmico. Quando a
temperatura atinge 100 graus Celsius (temperatura de ebulio da gua
no nvel do mar), a taxa de vaporizao vence a taxa de condensao:
ocorre assim a mudana de fase da gua.
-
RT
Q
vap
vap
ep
atmp
ovaporizacalorQ
1
1
.
p uma constante caracterstica de cada
sistema (experimental);
Para determinao de p ,deve-se medir o
calor fornecido para vaporizar a substncia
na condio padro de operao
(normalmente p = 1atm e T = Teb;
Presso de vapor
-
Calor de vaporizao
bxay
RT
Qpp
vap
lnln
Uma tcnica utilizada para determinao do
calor de vaporizao e o levantamento dos dados
de equilbrio de presso e temperatura para uma
determinada substncia ou mistura;
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Representao de vg e vf no diagrama
de Andrews
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Pontos Crticos
E suas implicaes