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TMA 01 Temperatura constante Pressão -temperatura G P Temperatura constante 0 C Liquido Sólido 1 atm.

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1 TMA 01 Temperatura constante Pressão -temperatura G P Temperatura constante 0 C Liquido Sólido 1 atm

2 TMA 02 Equilibrio em reações Três reações (a), (b) e (c)

3 TMA 03 Solidificação em metais Sinterização

4 TMA 04 Conceito de substâncias puras Análise de transições de fase Significado de diagramas de fase Substâncias Puras

5 TMA 05 Fase material cuja estrutura cristalina é definida através de um arranjo periódico e tridimensional de átomos ou ions; os metais e as ligas metálicas constituem exemplos de materiais sólidos cristalinos; a maior parte dos metais cristaliza, ao solidificar, em três struturas cristalinas compactas: CCC, CFC e HC. Solidos cristalinos Fases mais lembradas Sólido - Líquido - Vapor

6 TMA 06 Fase os materiais em engenharia são formados por pequenos cristais com tamanhos da ordem do micron (milésima parte do milímetro – 10-6m) Materiais Geralmente são policristalinos Transformação de fase mudanças de estrutura que ocorrem com a variação da temperatura, pressão e omposição Podem ocorrer por difusão ou deslocamento de curta distância

7 TMA 07 tem a ver com potenciais químicos semelhantes Equilíbrio químico entre fases EXEMPLO: Considere água a P=1 atm -Gelo é estável se T < 0 C - μ gelo< μ líquido -Água estável quando T > 0 C μ gelo > μ líquido -Temperatura de Transformação T trs: Temperatura em que os potenciais são iguais, μ ice= μliquid waterat T = 0oC

8 TMA 08 Transição depende da espontaneidade termodinâmica e da velocidade Conceito de fase metaestável Mostra as regiões de pressão e de temperatura em que as diversas fases são termodinamicamente estáveis Curvas de equilíbrio: Curvas que separam as regiões – indicam valores de Pressão e Temperatura em que duas fases estão em equilíbrio Curvas de equilíbrio Diagramas de fase Diagramas de equilíbrio Relação equilíbrio tempo

9 TMA 09 Forma compacta de exibir as mudanças de estado físicas que uma substância pode ter em função das variáveis temperatura e pressão Regra das fases: Fase (Phase) (P) Componentes (Components) (C) Grau de liberdade (degrees of Freedom) (F) Fase: Quantidade de matéria que apresenta homogeneidade no que se refere à composição química e estado físico. Ex: fases sólida, líquida e vapor de uma substância pura, além das suas diferentes formas polimórficas Transição de fase: Conversão espontânea de uma fase em outra que ocorre em uma dada temperaturaa. Temperatura de transição de fase: é a temperatura de equilíbrio entre fases. Corresponde a condição em que existe equilíbrio químico entre as fases Diagramas de fase

10 TMA 10 Curvas de equilíbrio: Curvas que separam as regiões – indicam valores de Pressão e Temperatura em que duas fases estão em equilíbrio Diagrama esquemático

11 TMA 11 Substância pura em recipiente fechado Pressão de vapor: pressão do vapor em equilíbrio com o líquido T rere rcrc Na condição de equilíbrio existe um equilíbrio entre evaporar e condensar. Existe um equilíbrio entre a taxa de evaporação e taxa de condensação Pressão de vapor

12 TMA 12 Mostra como a pressão de vapor do líquido varia com a temperatura Mostra como a pressão de vapor na sublimação com a temperatura Descreve o comportamento de fusão – condição em que pressão de vapor=pressão externa Ponto Crítico Diagrama esquemático Condição em que as três fases coexistem em equilíbrio

13 TMA 13 Quando líquido é aquecido em um recipiente fechado: -a pressão de vapor e a densidade do vapor eleva com o aumento da temperatura -A densidade do líquido diminui ligeiramente pela expansão -Existe um ponto em que a densidade do líquido e do vapor são iguais e a interface líquido – gás desaparece. Este ponto é definido por uma temperatura dita Temperatura crítica e uma pressão dita Pressão crítica -Nestas temperaturas e pressões forma-se o fluido supercrítico Ponto crítico

14 TMA 14 Ponto crítico

15 C =1 P =1 F =2 P =1 F =2 P =1 F =2 P =3 F =0 P =2 F =1 TMA 15 Diagrama esquemático

16 TMA 16 Diagrama H 2 O

17 TMA 17 Diagrama CO 2

18 TMA 18 Diagrama He

19 TMA 19 Diagrama Fe Diagrama Fe a P constante Diagrama Fe a P e T variável

20 TMA 20 No equilíbrio, o potencial químico de uma substância é constante numa amostra, qualquer que seja o número de fases presentes. Diagrama de equilíbrio - Termodinâmica Mesmo Potencial Químico Se μ 1 > μ2, ΔG é negativo, processo é espontáneo Se μ1 = μ2, ΔG é zero, processo em equilíbrio Se μ 1 > μ2, ΔG é positivo, processo não é espontáneo

21 TMA 21 Diagrama de equilíbrio - Termodinâmica Temperaturas baixas – fase sólida tem potencial químico mais baixo e geralmente é a fase mais estável Temperaturas maiores – potenciais químicos alteram de forma diferenciada para cada fase.

22 TMA 22 Para pressões maiores a temperatura de fusão tende a aumentar O aumento da pressão resulta no aumento do potencial químico e este aumento é maior para gases, depois liquidos e depois sólidos (em geral). V(l) > V(s) V(l) < V(s) Estabilidade e pressão Sólido

23 TMA 23 Construção das curvas de equilíbrio

24 TMA 24 Construção das curvas de equilíbrio S-L Sólido Líquido

25 TMA 25 Construção das curvas de equilíbrio l - g Líquido Gás

26 TMA 26 Construção das curvas de equilíbrio s -g Sólido Gás Sublimação, considera que ΔvapH < ΔsubH, espera-se que a inclinação da curva de sublimação tenha inclinação menor.

27 TMA 27 Transformação de fase Transformações comuns Fusão Vaporização Transformações menos comuns Sólido-Sólido Semicondutor - Supercondutor Fluido - Superfluido Paul Ehrenfest – sugeriu um esquema de classificação para as transformações de fase, baseado em fatores termodinâmicos das substâncias. Várias transformações são acompanhadas de variações de entalpia e de volume. Estas mudanças podem afetar o potencial químico dos dois lados da transformação de fase. Genérico: Transformação de fase α - β

28 TMA 28 Transformação de fase V trans e H trans são diferentes de zero para a fusão e vaporização A inclinação da curva de potencial químico de cada lado da curva, contra pressão e temperatura, é diferente. Isto é – existe descontínuidade na curva da primeira derivada de na transformação Volume, V Entalpia, H ou S Temperatura Uma transformação de primeira ordem é aquela que tem a primeira derivada do potencial químico em função da temperatura é descontínua. Potencial Temperatura

29 TMA 29 Transformação de fase RELEMBRANDO - O C p de uma substância é dado pela Inclinação da curva de entalpia em função da temperatura -Transformações de primeira ordem – C p tende a infinito na transformação -Transformações de segunda ordem existe descontínuidade na curva C p por temperatura Uma transformação de segunda ordemé aquela que tem a primeira derivada do potencial químico em função da temperatura contínua, entretanto a derivada segunda é descontínua. Volume, V Entalpia, H ou S Temperatura Potencial Temperatura

30 TMA 30 Transformação de fase CpCp Temperatura Primeira Ordem CpCp Temperatura Segunda Ordem Caso especial Transformações

31 TMA 31 Transformação de fase – segunda ordem EXEMPLO: Mudança de simetria na estrutura cristalina em sólidos. Mudança de estrutura tetragonal para cubica – Em muitos casos esta mudança não envolve descontinuidade de energia ou volume, mostrando que não é uma transição de primeira ordem.

32 TMA 32 Transformação de fase - Tranformação λ não é de primeira ordem C p tende a infinito na transformação C p tende a aumentar um pouco antes da transformação EXEMPLO – Transição ordem desordem em ligas – materiais ferromagnéticos- transição no hélio líquido EXEMPLO – Transição ordem desordem em ligas CuZn. -Composições relevantes de 0 a 50% de Zn -Possíveis fases,, -Fase pode apresentar-se na forma (1)desordenada ( solução sólida, de estrutura CCC, onde os atomos de Cu e Zn se posicionam desordenadamente). Existe acima de º.C – possui baixa condutividade (2)Ordenada ( estrutura CCC com Cobre nos vértices e Zn no centro do cubo) – maior condutividade e boa dureza dificultando a conformação.

33 TMA 33 Transformação de fase Transformação de fase envolvendo difusão Transformação de fase envolvendo deslocamento Fase inicial tem mesma composição que fase resultante Processo, em geral, independe do tempo Processo, em geral, depende do tempo

34 TMA 34 Tensão superficial Liquidos costumam atingir configurações que minimizem a área superficial, ou seja: -Menor relação superfície/volume -Maior numero de moléculas (átomos) no volume interagindo com outras moléculas (átomos) Entretanto outras forças podem agir no sentido contrário ao desta configuração. A força, ou melhor, o trabalho necessário para mudar a área superficial ( ) é dada por onde é a tensão superficial dado em Jm -2 ou Nm -1 Se V e T são constantes Melhor configuração

35 TMA 35 Superfícies curvas

36 TMA 36 Bolhas, cavidades e gotas

37 TMA 37 Capilaridade

38 TMA 38 Ãngulo de Contato


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