Sejam dadas as múltiplas reações:
l C(0)+2 H2 O=CO2+2 H2 C(0)+H2 O=CO+H2 C(0)+2 H2=CH
Realizadas entre fase gasosa e sólida. Considere agora, que a fase sólida, não haja outro componente além de C. Que simplificações podem ser feitas? Como fica a regra das fases e o sistema básico de equações?

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício nos dá três reações químicas envolvendo carbono sólido (C₀), água (H₂O), carbono monóxido (CO), dióxido de carbono (CO₂), hidrogênio (H₂) e metano (CH). A matéria que vamos trabalhar aqui é Termodinâmica Química, focando na Regra das Fases. Precisamos entender como simplificar essas reações considerando que na fase sólida só tem carbono. Vamos usar a Regra das Fases para montar o sistema básico de equações.

Passo 2

Primeiro, como a fase sólida só tem carbono, isso significa que a composição da fase sólida é fixa: apenas C₀. Isso nos permite eliminar o carbono como componente variável nas reações, simplificando as equações químicas.

Passo 3

Agora, vamos olhar para as reações dadas:
  1. C₀ + 2 H₂O = CO₂ + 2 H₂
  2. C₀ + H₂O = CO + H₂
  3. C₀ + 2 H₂ = CH
Como o C₀ é fixo na fase sólida, podemos considerar que ele não varia, então podemos simplificar retirando o C₀ das equações. Isso reduz o número de componentes ativos que precisamos considerar no sistema.

Passo 4

Com a simplificação, as reações ficam assim:
  1. 2 H₂O = CO₂ + 2 H₂
  2. H₂O = CO + H₂
  3. 2 H₂ = CH
Agora, nosso sistema tem menos componentes ativos: H₂O, CO₂, CO, H₂ e CH. Mas como algumas dessas espécies são interligadas pelas reações, podemos usar isso para determinar as relações entre elas.

Passo 5

Aplicando a Regra das Fases, que nos diz que F = C - P + 2, onde F é o número de graus de liberdade, C é o número de componentes e P é o número de fases. Temos:
  • Componentes ©: H₂O, CO₂, CO, H₂, CH (5)
  • Fases §: Gasosa e sólida (2)
Então, F = 5 - 2 + 2 = 5
Mas como as reações relacionam os componentes, cada reação reduz o número de componentes independentes. Temos 3 reações, então o número de componentes efetivamente independentes é 5 - 3 = 2.
Então, F = 2 - 2 + 2 = 2

Resposta

Após simplificar as reações considerando que a fase sólida contém apenas carbono, aplicando a Regra das Fases, concluímos que o sistema tem dois graus de liberdade. As simplificações permitem reduzir as reações a:
  1. 2 H₂O = CO₂ + 2 H₂
  2. H₂O = CO + H₂
  3. 2 H₂ = CH
E o sistema básico de equações resulta em F = 2 graus de liberdade.

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