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 N2 e N em equilíbrio químico, em que todo N venha da dissociação do N2;

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa determinar o número de graus de liberdade de uma mistura gasosa de N2 e N que está em equilíbrio químico, onde todo nitrogênio (N) vem da dissociação do N2. 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:
F = C - P + 2
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 ( N2): 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:
F = 2 - 1 + 2 = 3
Porém, temos que considerar que há equilíbrio químico, ou seja, há uma reação de dissociação do N2 para formar N. Quando há reações químicas no sistema, a fórmula se ajusta para:
F = C - P + 2 - R
Onde é o número de reações independentes. Aqui, temos uma única reação de dissociação, então .

Passo 6

Aplicando essa fórmula ajustada:
F = 2 - 1 + 2 - 1 = 2
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:
  1. Temperatura ( )
  2. 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