Propriedades de uma substância pura• Substância pura – possui

composição química invariável e homogênea, independentemente da fase em que está. Ex.: água

• Equilíbrio de fases – em uma substância pura, as fases podem coexistir em equilíbrio

• Equilíbrio termodinâmico –mecânico, térmico, de fase e químico

Propriedades de uma substância pura• O estado de uma substância pura é

definido apenas por duas propriedades independentes

• Se, por exemplo, o volume específico e a temperatura do vapor forem conhecidos, o estado do vapor também será conhecido

• Região de saturação: região em que as fases líquido e vapor coexistem em equilíbrio

• Equilíbrio de fases – é estudado em diagramas pressão x temperatura. Uma alteração em alguma dessas propriedades pode causar mudança de fase

Superfície PvT• Quando não se está tratando de

substâncias puras, é necessária mais uma propriedade para analisar as mudanças de fase: o volume

• A superfície P.v.T é uma representação tridimensional das fases possíveis em um composto químico

• Ciclos térmicos – são estudados em diagramas pressão x volume

Gases perfeitos• Um gás perfeito ou ideal é um modelo idealizado para o comportamento de

um gás

• Modelo: partículas movimentam-se aleatoriamente dentro de um recipiente fechado, com propriedades constantes. Sua energia depende somente da temperatura. Em colisões, o gás não perde energia e cada molécula possui volume desprezível

• Em condições normais de temperatura e pressão, a maioria dos gases comporta-se como um gás perfeito

• Modelo fica pior para baixas temperaturas e alta pressão

Equação de Clapeyron• Em se tratando de gases com baixa densidade,

empiricamente descobriu-se a seguinte equação, chamada Equação de Clapeyron

• Onde • p – pressão

• V – volume

• n – número de mols do gás

• 𝑅 - constante universal dos gases

• M – massa molar do gás [g/mol]

• 𝑅 = 𝑅/𝑀. Constante específica do gás.

• T – temperatura

• 𝑛 = 𝑚/𝑀. Número de mols do gás.

• m – massa do gás

𝑝𝑉 = 𝑛 𝑅𝑇ou

𝑝𝑉 = 𝑚𝑅𝑇

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐴𝑣𝑜𝑔𝑎𝑑𝑟𝑜:6,022 .1023 𝑚𝑜𝑙−1

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑜𝑠 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠8,3145 𝑘𝑁𝑚/𝑘𝑚𝑜𝑙𝐾

Lei geral das transformações gasosas• Utilizando a Equação de Clapeyron, chega-se a uma relação que permite

analisar uma transformação qualquer ocorrida em um gás perfeito

• Essa relação relaciona o estado inicial e final do sistema

• Lei de Dalton: “a pressão total exercida por uma mistura gasosa é a soma das pressões parciais exercidas pelos gases que compõem a mistura”

𝒑𝟏𝑽𝟏

𝑻𝟏=

𝒑𝟐𝑽𝟐

𝑻𝟐

𝒑𝒕𝑽𝒕

𝑻𝒕=

𝒑𝟏𝑽𝟏

𝑻𝟏+

𝒑𝟐𝑽𝟐

𝑻𝟐

Transformações em gases perfeitos

Equações de estado• Ex1 – Qual a massa de ar contida numa sala de 6 m x 10 m x 4 m se a pressão

e a temperatura forem iguais a 100 kPa e 25 ºC? Dado: Rar = 0,287 kN.m/kg.K. Resposta: 280,5 kg

• Ex2 – Um tanque com capacidade de 0,5 m³ contém 10 kg de um gás perfeito que apresenta uma massa molar de 24 kg/kmol. A temperatura do gás é de 25 ºC. Qual a pressão do gás? R: 2,066 kPa.

Exercícios1) Ao desejar identificar o conteúdo de um cilindro contendo um gás monoatômico puro, um estudante de Química coletou uma amostra desse gás e determinou sua densidade, d=5,38 g/L, nas seguintes condições de temperatura e pressão: 15ºC e 0,97atm. Com base nessas informações, e assumindo o modelo do gás ideal, calcule a massa molar do gás .

Dado: R = 0,082 𝑎𝑡𝑚. 𝐿.𝑚𝑜𝑙−1. 𝐾−1

2) O ar confinado num pneu está inicialmente a -10 ºC e 190 kPa. Após o automóvel percorrer um determinado percurso, a temperatura do ar foi novamente medida, estando a 10 ºC. Calcule a pressão do ar nesta condição. Detalhe as hipóteses necessárias para a solução do problema.

Tabelas de propriedades termodinâmicas• Em muitas aplicações reais, a aproximação via gases perfeitos não é precisa o

suficiente. Por exemplo, para estudar a região de vapor superaquecido de gases

• Utilizar equações que representem o estado p – v – T de um dado gás em toda sua região de vapor superaquecido é muito complexo

• Cálculos manuais, então, normalmente envolvem a utilização de tabelas termodinâmicas, que apresentam os valores das propriedades para inúmeras substâncias

• Estas tabelas podem ser encontradas em livros, manuais, na internet

Tabelas de propriedades termodinâmicas• Para compilar os dados de p – v – T nessas tabelas, determina-se uma equação de estado

que tenha boa aderência aos dados experimentais, posteriormente resolvendo a equação para os valores relacionados na tabela.

• Em tabelas termodinâmicas, qualquer estado pode ser especificado por qualquer par de propriedades (p, T, v)

• Normalmente, utilizam-se tabelas de vapor saturado das substâncias, que fornecem o volume específico do líquido saturado (𝑣𝑙) e o volume específico do vapor saturado (𝒗𝒗)

• A diferença entre 𝒗𝒍 e 𝒗𝒗 representa o acréscimo de volume específico quando a substância passa de líquido saturado para vapor saturado.

• O volume específico da região de saturação é determinado através da equação:

𝑣 = 1 − 𝑥 𝑣𝑙 + 𝑥𝑣𝑣, onde x é o título [%], dado por 𝑥 =𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

Tabelas de propriedades termodinâmicas

Tabelas de propriedades termodinâmicas• Volume específico médio: 𝑣 = 1 − 𝑥 𝑣𝑙 + 𝑥𝑣𝑣• Pode-se definir, ainda, 𝑣𝑙𝑣 = 𝑣𝑣 − 𝑣𝑙, e reescrever a equação acima como:

• 𝑣 = 𝑣𝑙 + 𝑥𝑣𝑙𝑣

• Ex1 – Calcule o volume específico médio de vapor d’água saturado a 260 ºC e título de 0,7.

• Ex2 – Calcule o volume específico médio do vapor d’água saturado a 0,5 MPa e título de 70%