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PublicouManuella Florio Alterado mais de 9 anos atrás
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Sistemas reacionais multicomponentes multifásicos
Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Termodinâmica de Materiais Prof. Celso P. Fernandes Sistemas reacionais multicomponentes multifásicos
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Introdução Consideremos um sistema reacional composto de
e elementos e c componentes: elementos: C e O, e = 2 componentes: O2, CO, CO2, c=3 Teremos apenas uma reação independente: 2CO + O2 2CO2 Termodinâmica
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Introdução O número r de reações independentes é dado por: r = c – e
Sistemas com apenas uma reação independente São chamados univariantes Termodinâmica
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Introdução Se o sistema contiver carbono elementar como componente:
elementos: C e O, e = 2 componentes: C, O2, CO, CO2, c=4 Teremos r = 4 – 2 = 2 reações independentes Termodinâmica
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Introdução C + O2 CO2 reações independentes sistema bivariante
2CO + O2 2CO2 outras reações C + CO2 2CO Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Consideremos novamente o sistema reacional composto de elementos: C e O, e = 2 componentes: O2, CO, CO2, c=3 reação independente: 2CO + O2 2CO2 Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Vamos investigar o equilíbrio desta reação: Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
A entropia é um máximo em um sistema isolado, o Qual terá as restrições: Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Contudo, o número de átomos-grama de cada elemento é constante Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
2CO + O2 2CO2 Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
2CO + O2 2CO2 Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
2CO + O2 2CO2 Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
2CO + O2 2CO2 Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Se T, P e composição são conhecidos: calculam-se os potenciais químicos e então a afinidade Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Para uma reação genérica com gases (univariante): Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
De nossos estudos envolvendo misturas: Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Definindo: Vem: Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
No equilíbrio: Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Termodinâmica
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Reações univariantes com gases
Termodinâmica
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Atividade A atividade de uma substância pura ou de um composto
puro é sempre igual a 1 e a atividade de um componente ou elemento químico em uma mistura (sólida ou líquida) é ai = i xi . A atividade de fases gasosas (ideal)é dada pela sua pressão parcial (ou fração molar). Termodinâmica
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Go – fontes de informação
Em uma reação química: Assumindo que não há mudança de fase entre T=298(K) e T=T(K) podemos escrever: Termodinâmica
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Go – fontes de informação
onde: Termodinâmica
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Go – fontes de informação
Em geral dispomos de tabelas onde Go é apresentado na forma: Termodinâmica
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Go – Diagramas de Ellingham
Podem ser construídos gráficos relacionando DGo com T: são os diagramas de Ellingham que Veremos adiante Termodinâmica
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Um exemplo importante Termodinâmica
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Diagramas de Ellingham
Considerando uma dada pressão de O2, teremos: Em um diagrama ΔG0 = ΔG0(T) podemos construir As linhas retas de Termodinâmica
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Diagramas de Ellingham
Termodinâmica
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Diagramas de Ellingham para óxidos
Termodinâmica
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Diagramas de Ellingham – estabilidade relativa
Termodinâmica
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Cálculo de ΔG0 para a reação abaixo a 600 oC
Exemplo de cálculo Cálculo de ΔG0 para a reação abaixo a 600 oC 2NiO + C = 2Ni+ CO2 (g) Termodinâmica
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é composta pelas duas reações básicas:
Exemplo de cálculo 2NiO + C = 2Ni+ CO2 (g) eq. 0 é composta pelas duas reações básicas: C(s) + O2 (g) = CO2 eq. 1 2Ni(s) + O2 (g) = 2NiO eq. 2 Termodinâmica
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Fazer a soma: eq.(2)x(-1)+eq.(1): C + O2 = CO2 eq. (1)
Exemplo de cálculo 2NiO + C = 2Ni+ CO2 eq. 0 C + O2 = CO2 eq. 1 2Ni + O2 = 2NiO eq. 2 Fazer a soma: eq.(2)x(-1)+eq.(1): C + O2 = CO2 eq. (1) - 2Ni - O2 = - 2NiO eq. (2)x(–1) eq.(1)+eq(2)x(-1): C + O2 - 2Ni – O2 = CO2 - 2NiO Termodinâmica
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que é a reação proposta na eq.(0)
Exemplo de cálculo eq.(1)+eq(2)x-1: C + O2 - 2Ni – O2 = CO2 - 2NiO Rearranjando: 2NiO + C = 2Ni + CO2 que é a reação proposta na eq.(0) Assim: Termodinâmica
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Em T = 600oC no diagrama de Ellingham obtemos aproximadamente:
Exemplo de cálculo Em T = 600oC no diagrama de Ellingham obtemos aproximadamente: Go (eq.1) kJ/mol Go (eq.2) kJ/mol Então: Go (eq.0)= (-325) = - 75 kJ/ mol Termodinâmica
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Mais um exemplo Calcular a constante de equilíbrio, na temperatura de 1000°C, da reação de oxidação-redução do níquel. NiO(s) + H2 (gás) = Ni(s) + H2 O(gas) Termodinâmica
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Mais um exemplo NiO(s) + H2 (gás) = Ni(s) + H2 O(gas)
As reações básicas (existentes no diagrama de Ellingham) que compõem esta reação acima são: 2H2 + O2 = 2H2O (eq. 1) Go = - 84 kcal/mol 2Ni + O2 = 2NiO (eq. 2) Go = kcal/mol Termodinâmica
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Mais um exemplo Multiplicando a eq. 2 por (-1) e somando as duas equações: 2NiO + 2H2 = 2Ni + 2 H2 O . Dividindo todos os membros da equação por 2 obtemos: NiO(s) + H2 (g) = Ni(s) + H2O(g) Logo Go = {(Go 1) + (-Go 2 )} dividido por 2 Go = [(-84) + (+60)] 2 Go = - 12 kcal/mol Termodinâmica
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Mais um exemplo Termodinâmica
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Mais um exemplo Termodinâmica
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Mais um exemplo NiO(s) + H2 (gás) = Ni(s) + H2 O(gas)
Podemos ter aproximadamente 115 moléculas de vapor de água para cada molécula de hidrogênio no forno. Termodinâmica
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Atmosferas CO/CO2 Termodinâmica
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Ellingham-Richardson - Escala CO/CO2
Termodinâmica
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Atmosferas H2 /H2O Termodinâmica
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Ellingham-Richardson - Escala H2 /H2O
Termodinâmica
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