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 ;

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:
  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 ( ).

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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;

onde .s é a constante de Planck e c é a velocidade da luz em valores com quatro algarismos significativos.
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)
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;