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):
f. Uma solução aquosa do ácido fraco HCN. (Dica: escreva as condições de equilíbrio químico e as condições de eletroneutralidade para determinar
f. Uma solução aquosa do ácido fraco HCN. (Dica: escreva as condições de equilíbrio químico e as condições de eletroneutralidade para determinar
Passo 1
Beleza, vamos lá! O problema pede para a gente determinar o número de graus de liberdade de uma solução aquosa do ácido fraco HCN em equilíbrio termodinâmico. Para isso, vamos usar a Regra de Fases de Gibbs, que nos ajuda a entender quantas variáveis independentes podemos controlar no sistema. Além disso, precisamos escolher quais variáveis intensivas (como concentração, pressão, temperatura) são necessárias para descrever o estado de equilíbrio desse sistema. Vamos resolver isso passo a passo!
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar a Regra de Fases de Gibbs, que é dada por:
Onde:
-
é o número de graus de liberdade. -
é o número de componentes químicos. -
é o número de fases presentes.
No nosso caso, temos uma solução aquosa, que é uma única fase líquida (
). O componente aqui é o HCN, mas como ele se dissocia, também precisamos considerar as espécies resultantes da dissociação.
Passo 3
Vamos identificar os componentes químicos no sistema:
- HCN (ácido cianídrico)
- H⁺ (íon hidrogênio)
- CN⁻ (íon cianeto)
- H₂O (água)
Apesar de parecerem vários, a água é o solvente e geralmente não conta como componente separado quando está em excesso. Portanto, temos 2 componentes: HCN e H⁺ (já que CN⁻ é derivado de HCN e H⁺).
Passo 4
Agora, aplicando a Regra de Fases de Gibbs:
Isso significa que temos 3 graus de liberdade. Contudo, precisamos considerar as condições adicionais que o sistema impõe, como a conservação de carga (eletroneutralidade) e o equilíbrio químico.
Passo 5
Para determinar as variáveis independentes, vamos escolher três que possam descrever completamente o sistema:
- Concentração total de HCN: Define a quantidade de ácido presente.
- pH da solução: Relaciona-se diretamente com a concentração de H⁺.
- Temperatura: Afeta o equilíbrio químico da dissociação do HCN.
Essas variáveis são intensivas e independentes, permitindo especificar o estado de equilíbrio da solução.
Resposta
O número de graus de liberdade é 3. As variáveis intensivas independentes escolhidas para especificar o estado de equilíbrio da solução são:
- Concentração total de HCN
- pH da solução
- Temperatura
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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):
d. Uma solução aquosa de sacarose em equilíbrio termodinâmico com vapor d
d. Uma solução aquosa de sacarose em equilíbrio termodinâmico com vapor d
O ponto de ebulição normal do
é
e sua pressão de vapor a
é 0,2870 bar. Estime o valor de variação de entalpia de vaporização do
nessa faixa de temperatura.
Quanto trabalho é necessário para comprimir
de ar a
e
a um décimo do volume original (d) Qual é a pressão final na parte (b)?
Julgue as alternativas abaixo como verdadeiras ou falsas, justificando suas respostas:
c. O valor mínimo de f na regra das fases de Gibbs é 1;
c. O valor mínimo de f na regra das fases de Gibbs é 1;