Para cada um dos sistemas abaixo, estando os mesmos em equilíbrio termodinâmico, determine o número de graus de liberdade e faça uma escolha razoável das variáveis intensivas independentes necessárias para especificar o estado de equilíbrio do sistema (ignore a ionização da água nos itens de a-d):
e. Uma mistura em fase gasosa de
e N em equilíbrio químico, em que todo N venha da dissociação do
;
e. Uma mistura em fase gasosa de
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa determinar o número de graus de liberdade de uma mistura gasosa de
e N que está em equilíbrio químico, onde todo nitrogênio (N) vem da dissociação do
. Além disso, vamos escolher duas variáveis intensivas independentes que servem para descrever o estado de equilíbrio desse sistema. Para isso, vamos usar a Regra das Fases de Gibbs e entender como ela se aplica a sistemas químicos.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que são graus de liberdade. Em termodinâmica, os graus de liberdade (F) indicam quantas variáveis independentes podemos alterar sem mudar o número de fases ou a identidade da fase presente no sistema.
Passo 3
A Regra das Fases de Gibbs nos dá a fórmula para calcular os graus de liberdade:
Onde:
-
é o número de graus de liberdade, -
é o número de componentes no sistema, -
é o número de fases presentes.
Passo 4
No nosso caso, temos:
- Componentes (
): São as espécies químicas independentes no sistema. Aqui, temos e N, então . - Fases (
): Estamos lidando com uma mistura gasosa, o que significa que há apenas uma fase presente ( ).
Passo 5
Substituindo esses valores na fórmula da Regra das Fases de Gibbs:
Porém, temos que considerar que há equilíbrio químico, ou seja, há uma reação de dissociação do
para formar N. Quando há reações químicas no sistema, a fórmula se ajusta para:
Onde
é o número de reações independentes. Aqui, temos uma única reação de dissociação, então
.
Passo 6
Aplicando essa fórmula ajustada:
Então, o número de graus de liberdade é 2.
Passo 7
Agora, precisamos escolher duas variáveis intensivas independentes para descrever o estado de equilíbrio do sistema. As variáveis intensivas são propriedades que não dependem da quantidade de matéria, como temperatura (
) e pressão (
).
Passo 8
Uma escolha comum e razoável é usar:
- Temperatura (
) - Pressão (
)
Essas duas variáveis permitem que a gente defina completamente o estado de equilíbrio da mistura gasosa.
Resposta
O sistema possui 2 graus de liberdade. As variáveis intensivas independentes escolhidas são a temperatura (
) e a pressão (
).
Exercícios relacionados
Para cada um dos sistemas abaixo, estando os mesmos em equilíbrio termodinâmico, determine o número de graus de liberdade e faça uma escolha razoável das variáveis intensivas independentes necessárias para especificar o estado de equilíbrio do sistema (ignore a ionização da água nos itens de a-d):
c. Sacarose sólida em equilíbrio termodinâmico com uma solução aquosa de sacarose e maltose;
c. Sacarose sólida em equilíbrio termodinâmico com uma solução aquosa de sacarose e maltose;
onde
A tabela abaixo apresenta a composição química de alguns dos materiais semicondutores usualmente empregados em LEDs comerciais que permitem a geração das mais variadas cores associadas aos fótons emitidos pelos dispositivos em que são empregados.
A | B | C |
---|---|---|
Cor | Material | Comprimento de onda |
Super vermelho | GaAIAs | 660 nm |
Vermelho | GaAsP | 635 nm |
Vermelho | AllnGaP | 636 nm |
Vermelho | GaP | 700 nm |
Verde | GaP | 565 nm |
Verde | GaP | 555 nm |
Verde | AllnGaP | 574 nm |
Verde |
|
505 nm |
Verde |
|
525 nm |
Verde |
|
525 nm |
Branco |
|
Todo espectro |
Azul | SiC | 430 nm |
Azul |
|
470 nm |
Azul | SiC | 430 nm |
Laranja | AllnGaP | 610 nm |
Amarelo | AllnGaP | 590 nm |
Âmbar | GaAsP | 605 nm |
Assinale a alternativa que apresenta um valor adequado para o gap de energia do LED verde composto por InGaN estimado de acordo com o modelo acima.
a) b)
c) 250 meV
d)
e)
a)
c) 250 meV
d)
e)
Qual o número máximo de fases que podem existir em um sistema constituído por 5 componentes, considerando que nenhuma reação química ocorra nesse sistema? Dica: use a regra das fases de Gibbs.
Julgue as alternativas abaixo como verdadeiras ou falsas, justificando suas respostas:
b. No ponto crítico de uma substância pura, as massas específicas do líquido e do vapor são iguais;
b. No ponto crítico de uma substância pura, as massas específicas do líquido e do vapor são iguais;