o Olá eu sou professor André zuber e essa é a aula de número 24 do curso de termodinâmica dois nós estamos chegando próximo ao final do estudo do equilíbrio de Fases e Nesta aula nós abordaremos o equilíbrio do tipo sólido líquido e sólido sólido líquido os objetivos desta aula são os seguintes espera-se que ao final deste conteúdo você consiga calcular o coeficiente de atividade de uma solução sólida você consiga definir as equações que regem o equilíbrio sólido-líquido e o equilíbrio sólido sólido líquido de sistemas binários você consiga interpretar o diagrama de Fases e resolver um
problema envolvendo esse tipo de Equilíbrio Antes de nós avançamos com esse conteúdo é importante nós fazemos uma definição de quem é a referência para a fase sólida e abordarmos o cálculo da fugacidade neste tipo de fase A fugacidade na fase sólida é tratada e assim hilaridade ao que a gente viu para fase líquida por isso nós utilizaremos as mesmas bases da solução líquida para tratarmos da referência de sólidos vamos acompanhar agora nos slides as definições de solução ideal e sólido ideal E no caso da solução ideal nós temos essa característica de solução quando ela é
composta por espécies de uma única substância Além disso nesse tipo de solução existem interações e elas são todas de mesma intensidade e por fim a solução ideal encontra-se é claro na fase líquida e as mesmas duas características podem ser aplicadas para o sólido ideal então quando existe um sólido ideal esse sólido é composto por apenas uma espécie de claro que assim como líquido existem interações no sólido ideal e elas são todas de mesma intensidade como você vê essas duas características são similares tanto na solução ideal quanto no sólido ideal e quando nós temos essas duas
representações obedecidas nós temos a caracterização de uma referência para fase líquida no caso a solução ideal ou para o sólidos como sólido ideal Assim como nós tínhamos um coeficiente de atividade que determinava o conde estande estava comportamento de uma solução em relação a referência nós temos também no caso dos sólidos a presença de um coeficiente de atividade do sólido iremos pô e ele é determinado pelo Gama maiúsculo como você pode ver agora na sua tela e o gama para o sólido ideal também vai ser um por isso nós temos aí a equação de número um
e nós também podemos relacionar esse coeficiente de atividade a fugacidade de uma espécie em um sólido então a fugacidade ela é definida pela seguinte equação fugacidade de em uma fase sólida ela é definida como sendo você pode ver que nós temos o x de ir ou seja a fração da espécie na fase sólida veja que para diferenciarmos da fase líquida o x de fração molar da fase sólida é escrito em maiúsculo assim como o gama também escrito em maiúsculo e ainda a multiplicação da fugacidade do composto ipuro na fase sólida Oi e aí você deve
estar se perguntando Mas professor por quê que nós devemos estudar o equilíbrio de fases de soluções do tipo sólido-líquido bem existem diversas aplicações industriais para a produção de compostos e separação substâncias que envolvem esse tipo de Equilíbrio um exemplo é o desenvolvimento de ligas metálicas super condutoras supercondutores de alta temperatura tem sido alvo de pesquisas científicas a fim de se desenvolver alternativas para o transporte público motores elétricos e geradores quando Nós criamos ligas metálicas super condutoras o que nós estamos buscando é diminuir ao máximo a resistência a eletricidade como você pode ver nesse gráfico Nós
temos duas curvas uma curva que mostra o comportamento de um metal normal você pode perceber que ahm e diminuímos a temperatura do Metal normal ele vai atingir um valor de platô para resistência elétrica quando nós trabalhamos com supercondutores à medida que a temperatura diminui vai chegar um momento em que a resistência a eletricidade torna-se nula EA formação de supercondutores deve ser o fato da presença de diferentes metais que formam esta característica para essa liga metálica na figura que você vê a esquerda nós temos um supercondutor em baixa temperatura se você observar com bastante atenção o
que nós temos aqui em nitrogênio líquido e que você pode observar em uma levitação magnética deste metal muitas pesquisas atualmente estão tentando buscar novas ligas metálicas que tenham a característica super condutora só que não utilizando temperaturas baixas como essa e sim como por exemplo a temperatura ambiente esse tipo de tecnologia Pode ser utilizada principalmente no transporte e nós temos já um estudo feito pela cópia do Rio de Janeiro onde nós temos o maglev um trem de levitação magnética se você quiser mais informações sobre esse conteúdo acesse descrição deste vídeo lá tem um link onde você
pode se informar mais a respeito do mais leve da Cópia E é claro que o estudo do equilíbrio sólido-líquido não fica restrito a ligas metálicas Nós também podemos identificar processos de cristalização ou seja formação de uma fase sólida a partir de uma solução líquida em diversos processos industriais especialmente em indústria alimentícia e é por causa desses exemplos que nós como Engenheiros químicos ou engenheiro de alimentos precisamos entender os princípios básicos da termodinâmica o PIB de fases do tipo sólido-líquido Então nós vamos a partir de agora dar uma olhadinha em alguns dos diagramas que compõem o
equilíbrio sólido-líquido como você pode observar na sua tela este diagrama ele tem no eixo das ordenadas a temperatura e no eixo das abscissas a composição da especial assim como todas as soluções que nós estudamos nos equilíbrios de fase desta disciplina Aqui nós temos uma mistura binária formada por dois compostos hipotéticos A e B você pode perceber aqui no eixo das abscissas nós temos a composição de ar e a composição de a varia entre 0 e 1 por isso quando a composição de ar vale um nós vamos encontrar este ponto este ponto representa a temperatura de
solidificação ou temperatura de fusão da espécie a pura do e com composição de ar igual a zero nós encontramos a temperatura de solidificação de bebê puro tem uma primeira observação que nós fazemos é criança região que está na parte superior do diagrama Ou seja a altas temperaturas nós temos as substâncias A e B Presentes em apenas uma fase e essa fase é a fase líquida Observe que abaixo da fase líquida separada por duas linhas Existem duas regiões de equilíbrio de Fases nessas duas regiões nós temos a presença de um sólido a e o líquido a
direita e o sólido b e o líquido a esquerda vamos entender inicialmente o que essa linha que divide essas duas fases então se nós observamos este ponto aqui ele representa a temperatura de solidificação do composto apuro se nós nos deslocarmos um pouquinho mais O que significa que nós estamos colocando uma quantidade de bebê no sistema E aí você pode perceber que a temperatura de solidificação desta mistura é um pouco menor se nós colocarmos pouco mais de bebê você já atingimos esta composição você vai perceber você vai perceber que a temperatura de solidificação fica cada vez
menor e assim sucessivamente se nós partiremos do outro lado com a substância B pura e vamos adicionando a a essa solução você vai perceber que o mesmo fenômeno também acontece Ou seja a temperatura de estou na edificação dessa mistura passa a ser cada vez menor com o aumento da presença do composto a essa diminuição do ponto de congelamento ou solidificação da solução é um fenômeno conhecido como efeito crioscópico e esse fenômeno vai ser detalhado na próxima aula de número 20 E como você pode ver no diagrama essa diminuição da temperatura atinge um valor de mínimo
neste ponto o qual corresponde a interseção dessas duas curvas esse ponto é conhecido como ponto eutético pela definição. Eutético corresponde ao menor valor de temperatura possível em que existe somente uma fase líquida Então como você pode observar aqui nessa região nós temos ainda a mistura na fase líquida e essa temperatura é inferior a temperatura de solidificação do composto a e do composto B puros desta maneira nós temos três regiões dentro do diagrama do equilíbrio sólido-líquido uma região onde os dois compostos apresentam-se apenas na fase líquida uma região onde nós temos sólido E aí líquido e
outra região onde nós temos o sólido B puro e o líquido e uma região inferior onde nós temos a presença de apenas sólido A e B quando nós estamos dentro desta região do diagrama Nós temos duas fases E se nós quisermos identificar a composição de cada uma delas nós precisamos utilizar uma linha de amarração veja que apareceu agora no diagrama uma linha de amarração e essa linha de amarração identifica um ponto na curva e um ponto a direita do diagrama o ponta-direita mostra que o sólido contém apenas a puro por isso XVI a vale um
já um ponto à esquerda da linha de amarração mostra a composição de a na fase líquida remanescente veja que este diagrama foi originado basicamente do efeito crioscópico e o efeito da diminuição do ponto de congelamento de uma substância pura quando outra substância é adicionada ao sistema quando isso acontece nós temos um limite no ponto eutético e no ponto eutético nós temos a linha do equilíbrio sólido sólido líquido ou seja nós temos nessa quantidade nós temos a composição do B sólido puro a composição da espécie a sólida pura e também a composição do ponto eutético ou
seja a composição da fase líquida remanescente no processo a composição da última gota de fase líquida dessas misturas o Ou seja a composição da última gota de líquido remanescente nesse processo é claro que o diagrama de Fases o equilíbrio sólido-líquido pode apresentar uma complexidade um pouco maior como você vê agora na sua tela nós temos agora um diagrama Onde vai haver a prestação de um sólido específico nesse caso o sólido que nós estamos falando é o sólido a2b veja que leitura do diagrama pode ser facilmente compreendida Assim como nós fizemos para o diagrama Inicial então
nós podemos olhar e a senhora idade a esquerda EA direita desse diagrama em altas temperaturas nós temos o predomínio da fase líquida nessa região nós temos o surgimento da primeira fase sólida junto com a faz Oi e essa fase sólida é composta por B puro nessa região Nós também temos o equilíbrio sólido-líquido só que quem aparece na fase sólida é espécie apura A grande diferença com o primeiro diagrama que nós vimos se dá pela presença dessa linha vertical no diagrama esta linha mostra que a ver a precipitação de um sólido específico no sistema nesse caso
o sólido que irá precipitar é um sólido composto por duas espécies de ar e uma espécie de bebê como você pode perceber no eixo X essa composição está em uma fração molar equivalente a 0,667 ou 66,7 por cento deste sólido em base molar correspondem a espécie a e os outros 33,3 por cento correspondem a espécie B é por isso que nós temos essa proporção a usar para um bebê se nós fizemos uma linha de amarração em uma temperatura constante como agora aparece no seu gráfico você pode perceber que nós temos uma composição relacionada a fase
líquida e outra composição relacionada a essa linha vertical indicando que o sólido que irá precipitar é este a 2B isso acontece tanto para a região a direita da linha como para a região à esquerda na linha o outro ponto interessante deste diagrama é que nós temos a presença de duas linhas de Equilíbrio sólido sólido líquido e Por conseguinte a presença de dois pontos eutéticos neste primeiro caso nós temos a composição do primeiro eutético a composição de bebê puro e a composição do sólido a2b neste outro lado nós temos a composição do outro estético a fração
do composto a puro e a fração do sólido a2b abaixo do ponto eutético nós temos a presença de duas fases sólidas no caso a esquerda o sólido a2b mais ocorre do B puro e a direita o sólido a puro e o sólido aglomerado a2b esse diagrama de Fases o equilíbrio sólido-líquido é bastante importante Principalmente quando há a formação de ligas metálicas na disciplina de ciência dos e você vai verificar esses diagramas especificamente para a produção de diferentes tipos de aço e os diferentes tipos de Aços são formados por diferentes proporções entre carbono e ferro nesse
diagrama nós temos a presença também de uma liga metálica formada por cobre e ítrio perceba que no eixo X nós temos a porcentagem em massa de item um nessa mistura no eixo Y nós temos a temperatura desta maneira nós podemos identificar que a temperatura de fusão do Itaú em um puro equivale a 1528 graus Celsius EA temperatura de fusão do cobre puro equivale a 2 mil graus Fahrenheit ou 1080 e 4,5 graus Celsius esta linha tracejada agora destacada em vermelho mostra a diferença entre em fases ou seja valores de temperatura acima dessa linha vermelha encontram-se
em uma fase líquida e valores abaixo dessa linha vermelha já vão mostrar a presença de um equilíbrio sólido-líquido agora em destaque você observa a presença de quatro linhas verticais que identificam o aglomerado de sólido que vai precipitar dessa solução essas diferentes composições de hydrium formam diferentes tipos de sólidos identificados como sólido Gama sólido Delta sólido y e sólido que se no caso desses três últimos sólidos nós temos a presença de pontos de fusão bem definidos para essa mistura esses pontos são denominados de pontos de fusão congruentes Isso mostra que a precipitação de sólidos nessas composições
é plausível seu ter um sistema real pois esses sólidos são estáveis nessa condição já no caso do sólido Gama este sólido é instável e você vai perceber aqui uma redução da temperatura fará com que essa fase sólida seja separada em uma fase líquida decomposição 16,7 e em um fase sólida Delta quando isso acontece nós temos um problema do tipo ponto de fusão incongruente isso acontece Pois aquele tipo de sólido não é estável naquela condição último detalhe relacionado a este diagrama e que essa linha tracejada que nós vemos é linha de coexistência de duas fases uma
fase líquida e uma fase sólida o que nós vamos ver nos próximos vídeos dessa aula é como utilizar o critério de fuga cidade para de é matematicamente as equações que descrevem o equilíbrio sólido-líquido a fim de criar um Diagrama como esse e dessa maneira nós ficamos por aqui essa primeira parte da aula sobre o equilíbrio sólido-líquido se você ficou com alguma dúvida deixe nos comentários se você gostou desse conteúdo Não esqueça de deixar o seu joinha Muito obrigado e até o próximo vídeo
