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

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

TMA 03 Sinterização Solidificação em metais

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

TMA Fase Fases mais lembradas Solidos cristalinos 05 Fase Fases mais lembradas Sólido - Líquido - Vapor Solidos cristalinos 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.

TMA Fase Materiais Geralmente são policristalinos 06 Fase Materiais Geralmente são policristalinos os materiais em engenharia são formados por pequenos cristais com tamanhos da ordem do micron (milésima parte do milímetro – 10-6m) 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

Equilíbrio químico entre fases TMA 07 Equilíbrio químico entre fases tem a ver com potenciais químicos semelhantes 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

Relação equilíbrio tempo Diagramas de equilíbrio TMA 08 Relação equilíbrio tempo Transição depende da espontaneidade termodinâmica e da velocidade Conceito de fase metaestável Curvas de equilíbrio Diagramas de fase Diagramas de equilíbrio 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

TMA 09 Diagramas de fase 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

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

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

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

TMA Ponto crítico Quando líquido é aquecido em um recipiente fechado: 13 Ponto crítico 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

TMA 14 Ponto crítico

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

TMA 16 Diagrama H2O

TMA 17 Diagrama CO2

TMA 18 Diagrama He

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

Diagrama de equilíbrio - Termodinâmica TMA 20 Diagrama de equilíbrio - Termodinâmica No equilíbrio , o potencial químico de uma substância é constante numa amostra, qualquer que seja o número de fases presentes. 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

Diagrama de equilíbrio - Termodinâmica 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.

Estabilidade e pressão TMA 22 Estabilidade e pressão 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) Sólido Sólido

Construção das curvas de equilíbrio TMA 23 Construção das curvas de equilíbrio

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

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

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

TMA Transformação de fase Transformações menos comuns 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

TMA Transformação de fase 28 Transformação de fase Vtrans e Htrans 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 Potencial Temperatura Volume, V Entalpia, H ou S Temperatura Temperatura Uma transformação de primeira ordem é aquela que tem a primeira derivada do potencial químico em função da temperatura é descontínua.

TMA Transformação de fase 29 Transformação de fase 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. Potencial Volume, V Entalpia, H ou S Temperatura Temperatura Temperatura RELEMBRANDO - O Cp de uma substância é dado pela Inclinação da curva de entalpia em função da temperatura Transformações de primeira ordem – Cp tende a infinito na transformação Transformações de segunda ordem existe descontínuidade na curva Cp por temperatura

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

Transformação de fase – segunda ordem 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.

Transformação de fase -  TMA 32 Transformação de fase -  Tranformação λ não é de primeira ordem Cp tende a infinito na transformação Cp 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 desordenada ( solução sólida, de estrutura CCC, onde os atomos de Cu e Zn se posicionam desordenadamente). Existe acima de 454-468º.C – possui baixa condutividade Ordenada ( estrutura CCC com Cobre nos vértices e Zn no centro do cubo) – maior condutividade e boa dureza dificultando a conformação.

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

TMA Tensão superficial 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

TMA 35 Superfícies curvas

Bolhas, cavidades e gotas TMA 36 Bolhas, cavidades e gotas

TMA 37 Capilaridade

TMA 38 Ãngulo de Contato