Exercícios Resolvidos de Taxa, Fluxo e Força Motriz

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Enunciado

Na fabricação de aparelhos microeletrônicos, um filme fino de Sílica sólida ( S i ) é uniformemente depositada numa superfície pela decomposição química do Silano ( S i H 4 ) na presença de H 2 gasoso. Se a composição do gás é mantida a 40% mol S i H 4 e 60% mol H 2 , determine:

  1. A fração mássica das espécies;
  2. O peso molecular médio da mistura de gás;
  3. A concentração molar, C A , do S i H 4 se o gás de alimentação é mantido a 900 K e 60 torr.

Passo 1

Pra ajudar nossos cálculos, vamos fazer uma tabelinha com:

  • a fração molar (que foi dada no problema)
  • a massa molecular de cada componente
  • o peso de cada um para uma base de cálculo de 1 mol ( m i = y i . M M i )

A massa total a gente acha somando a massa de todos os componentes ( m t o t =   ∑ m i ), show?

À partir dai vai ser muito mais tranquilo responder às perguntas do problema, e os dados vão ficar todos organizadinhos :D

Somando as massas de todos os componentes a gente chega que m t o t = 14.04   g .

Pronto, agora a gente já tá preparado pra resolver a questão!

Passo 2

  1. A fração mássica das espécies:
  2. A fração mássica w i é dada pela expressão w i = m i m t o t a l .

    Com isso e os dados da tabela podemos calcular a fração mássica de cada um!

    w S i H 4 =   12.84   g 14.04   g = 0.9145

    H 2 =   1.2   g 14.04   g = 0.0855

    Passo 3

  3. O peso molecular médio da mistura de gás:
  4. Isso a gente já calculou ali em cima :D

    O peso molecular médio é a soma das massas por 1 mol de cada componente, é a nossa massa total!

    m t o t = M M g á s =   ∑ m i

    M M g á s = 14.04   g

    Passo 4

  5. A concentração molar, C A , do S i H 4 se o gás de alimentação é mantido a 900 K e 60 torr:

Pra achar essa concentração vamos usar a famosa equação dos gases P V = n R T , mas a gente vai dar uma mexida nela. Como já sabemos que concentração é a razão entre número de mols por volume C =   n V , a nossa equação dos gases vai ficar com essa cara aqui:

C =   P R . T

Só que esse C é pra todo o gás de alimentação. Pra acharmos C A temos que usar a relação C A = y A C , beleza? Bom, uma coisa de cada vez, vamos achar a concentração primeiro, porque a fração molar do Silano a gente já tem!

Só tem mais uma coisa que a gente tem que se ligar aqui, que são as unidades! A pressão que o problema deu está em Torr, e não é o vingador não hahaha, vamos ter que passar pra Pascal!

P P a = 7.99   x   10 3 P a

C = 7.99   x   10 ³ 8.314 ( 900 ) = 1.068   m o l / m ³

Finalmente achando C A :

C A = 0.4   x   1.068 = 0.427   m o l / m ³

Resposta

  1. w S i H 4 =   0.9145
  2.   w H 2 =   0.0855

  3. M M g á s = 14.04   g
  4. C A = 0.427   m o l / m ³

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