Relações de Equilíbrio
Produzido por Giovanna RonzéTeoria
Quando estamos resolvendo problemas de transferência de massa, a gente sabe que tanto a difusão quanto a convecção dependem de uma diferença de concentração em um meio.
Mas e quando a gente tá tendo transferência de massa entre duas fases? Pera, mas como assim? Vou dar alguns exemplos:
- Um gás em contato com um líquido
- Duas fases líquidas que não se misturam
- Um líquido escoando sobre um sólido
Nesse tópico a gente vai ver direitinho quais correlações a gente usa quando está falando de transferência de massa entre fases, pode ficar tranquilo!
Equilíbrio Dinâmico
Vamos ver um exemplo: tem um gás com amônia em contato com água. A amônia é solúvel em água então ela vai migrar pra fase líquida. Ao mesmo tempo, a água vai ser vaporizada pra fase gasosa.
Em um determinado momento, a concentração de amônia não vai mudar mais. E não é porque as moléculas pararam ali aonde elas estavam. As moléculas de amônia vão entrar e sair da água a uma taxa que vai fazer com que a concentração dela não mude. Por isso chamamos de equilíbrio dinâmico. Essa concentração chamamos de concentração de saturação.
A mesma coisa vai acontecer com a água, ela vai evaporar e condensar a uma mesma taxa de forma que a concentração dela na fase gasosa vai se manter igual. Beleza?
O equilíbrio pode ser alterado se for adicionado mais amônia, ou se mudarem a temperatura ou pressão do sistema.
Relações Conhecidas
Para fase líquida, temos a Lei de Raoult:
Onde é a pressão parcial do componente A na fase gasosa acima da fase líquida, é a fração molar de A na fase líquida e é a pressão de vapor de A puro na temperatura de equilíbrio.
Para fase gasosa, temos a lei de Dalton:
Onde é a fração molar de A na fase gasosa e P é a pressão total do sistema.
Essas duas correlações são usadas pra soluções ideais, então se as duas fases forem ideais, podemos igualar as duas e obter uma relação pra interface.
Para soluções diluídas, temos a lei de Henry:
Onde H é a constante de Henry, que varia pra cada caso ( e é tabelada, ufa!) e é a composição de equilíbrio de A na fase líquida.
Para relacionar a concentração em dois líquidos imiscíveis usamos:
Onde K é o coeficiente de distribuição.
Termodinâmica
Na Termodinâmica é visto essas relações de equilíbrio de forma mais aprofundada. Mas a gente pode se guiar por conceitos básicos aqui pra transferência de massa:
- Para um sistema com condições fixas (T e P), existe um conjunto de relações de equilíbrio pela regra de Gibbs que geralmente são mostrados na forma de uma curva de equilíbrio. Por exemplo:
- Quando o sistema está em equilíbrio não há transferência de massa entre as fases (já que as concentrações não mudam).
- Quando o sistema não está em equilíbrio haverá transporte de componente(s) até que se atinja o equilíbrio após um determinado tempo.
Pronto, depois disso tudo estamos munidos para encarar as questões que estão por vir! Vamos nessa!