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REAÇÕES QUÍMICAS – EQUILÍBRIO CAP 13
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NOTAÇÃO RQ Considere a RQ O número em frente às fórmulas são os coeficientes estequiométricos, i Por convenção, para os produtos é positivo (o que está à direita) e para os reagentes é negativo (o que está à esquerda) e para inerte é zero. Então, Cl2,= H2=-1 and HCl=2 Para uma reação química simples:
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A COORDENADA DA REAÇÃO Considere a RQ
é chamada coordenada de reação (grau de reação, extensão de reação…) o que caracteriza a extensão da reação que ocorre.
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CONSIDERE UMA SIMPLES FASE E UMA REAÇÃO QUÍMICA
CONSIDERE UMA SIMPLES FASE E UMA REAÇÃO QUÍMICA. A ENERGIA LIVRE DE GIBBS É REPRESENTADA POR Note que Mas
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A constante T & P : Para encontrar o mínimo precisa-se encontrar A condição para o equilíbrio químico
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G PADRÃO E K
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O potencial químico em termos de fugacidade é
Para um fluido puro a T do sistema e algum estado padrão para G é
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Coeficiente de atividade
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ENTÃO, GO É A VARIAÇÃO DA ENERGIA LIVRE DE GIBBS PADRÃO
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EQUAÇÃO GIBBS-HELMHOLTZ
Diferenciando Sabemos que: Logo,
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ENTALPIA PADRÃO Dependência de T e o princípio de Le Chatelier's.
Esta equação nos diz se a reação é exotérmica (perde calor) ou endotérmica (necessita de calor para manter a reação isotérmica). Se é negativa então a reação é exotérmica e K diminui com o aumento de T. Esta é a manifestação do princípio de Le Chatelier's. Se é positiva a reação é endotérmica e K aumenta como aumento de T.
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Considerando HO independente de T então a integração fornece
Uma integração mais rigorosa fornece
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AVALIAÇÃO DE K Rearranjando:
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COMPOSIÇÃO DO EQUILÍBRIO PARA GASES
K é definida por O lado direito é dependente de T, P e composição. Significa que a composição deve se ajustar iterativamente até este termo ficar constante. Para reação em fase gasosa o estado padrão é Gás Puro Estado de gás ideal Pressão padrão PO=1 bar
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O valor da fugacidade depende de T, P, e x, e pode ser substituída pelo coeficente de fugacidade
Que rearranjando fica
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Precisa-se de uma EE para calcular em função de yi e iteragir até encontrar a composição. Algumas simlificações podem ser feitas Solução Ideal. Considera a fase gasosa como solução ideal (uma aproximação muito boa) Gás Ideal. Considera a fase gasosa como ideal. Apenas boa para baixas P e altas T.
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Da equação com base no gás ideal:
Se HO> 0 (endotérmica) então yii aumenta com aumento de T, isto é, a reação é deslocada para o produto a P constante. Se HO< 0 (exotérmica) então yii diminui com o aumento de T, isto é, a reação é deslocada para os reagentes a P constante. Se > 0 então um aumento em P leva a uma diminuição em yi, isto é, a reação é deslocada para os reagentes a T constante. Se < 0 então um aumento em P leva a um aumento em yi, isto é, a reação é deslocada para os produtos a T constante. Se = 0 então a composição é independente de P
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COMPOSIÇAÕ NO EQUILÍBRIO PARA RQ EM FASE LÍQUIDAS
Para RQ ocorrendo em fase líquida.
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APROXIMAÇÕES Fator de Poynting. A razão dos coeficientes de fugacidade para o fluido puro pode ser avaliada considerando que o volume molar do líquido não varia muito com a pressão.
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Sem fator de Poynting. O fator de Poynting é desprezado se P da reação não for muito mais alta que PO e se os líquidos não estiverem próximos de seus pontos críticos. Então podemos ignorar a correção de pressão para obter uma expressão simplificada, Esta equação pode ser resolvida iterativamente usando um modelo para calcular para cada componente.
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3. Solução Ideal.
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Reações em Gases Não Ideais.
A constante de equilíbrio para gases não ideais é idêntico para casos de gases ideais. A expressão para calcular a composição do gás não ideal é bem diferente da dos gases ideais.
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Algoritmo: Calcular o valor numérico de K
Escrever cada yis em termos de Escrever uma função que calcule cada de um dado valor de , T e P Desenvolver um programa de computador que a partir de uma estimativa inicial de resolve esta equação
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Reações em fase líquida.
O ponto inicial para reações em fase líquidas é: Mas se a P é baixa pode-se ignorar a correção de Poynting.
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RQ e EF Simultâneos Existem vários processos industriais importantes que combinam reações químicas com separaçôes. Estes processos são chamados de Separações por Destilação Reativa. A idéia básica é a reação química ocorrer em uma coluna de destilação. É suficiente considerar que a reação química ocorre em uma fase, então a transferência de massa com a outra fase pode assegurar que EQ e EF ocorrem simultaneamente. Neste caso, resolve-se
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Nós temos a liberdade de escolher qual a fase que ocorre a reação
Nós temos a liberdade de escolher qual a fase que ocorre a reação. Escolhendo a fase líquida (não esqueça do estado padrão) então podemos obter
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A regra das fases de Gibbs para sistemas com RQ
A regra das fases para sistemas sem RQ Para sistemas com RQ temos o mesmo número de variáveis mas cada RQ independente introduz mais uma equação Se existem r RQ independentes então
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Se tivermos mais restrições especiais, em número de s, então o número de variáveis será reduzido por s , e a forma final da regra das fases fica Por exemplo, para o ELV para uma mistura de água e etanol no azeotrópo. Quantos graus de liberdade n´so temos? O ponto de azeotropo tem uma restrição especial, Em outras palavras, tem somente uma T em cada P que corresponde ao pnto de azeotropo
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