DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA DISCIPLINA QUI 03310 – FÍSICO-QUÍMICA II-B

LISTA DE EXERCÍCIOS 6

Sistemas Ternários

INTRODUÇÃO

Serão estudados os sistemas de 3 componentes, examinando, fundamentalmente, suas relações de solubilidade sob temperatura e pressão constantes. OBJETIVOS

1. Estabelecer relações de solubilidade para sistemas de 3 componentes sob temperatura e pressão constantes, traçando as curvas de equilíbrio correspondentes.

Problemas

1) Os seguintes dados correspondem ao sistema ternário água-álcool-benzeno, a 25 oC. As duas primeiras colunas dão as porcentagens de álcool e benzeno em uma camada, enquanto que a terceira coluna dá a concentração de água na camada conjugada. Construa o diagrama de fases do sistema. Trace as linhas de união e verifique se, de fato, elas convergem para um ponto, fora do triângulo.

Camada I Camada II 1,3 38,7 - 9,2 50,8 - 20 52,3 - 30 49,5 85,0 40 44,8 89,0 49 40,0 91,5 60 33,9 93,5 80 17,7 96,5 95 4,8

2) 100 g de uma solução aquosa de etanol contém 46 % em peso de álcool.

a) Usando o diagrama do problema anterior, determine a composição global do novo sistema obtido quando àquela solução adicionam-se 100 g de benzeno.

b) Determine a composição das soluções conjugadas em equilíbrio. c) Quanto etanol deve ser adicionado para que este sistema se torne homogêneo?

3) Seja o sistema de três componentes, formado pelos líquidos A, B eC, cujo diagrama de fases sob temperatura e pressão constantes é dado na figura a seguir:

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,00,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0BC

A

Uma dada mistura de A, B e C contém 10 % de A e 70 % de B. Com relação a este sistema:

a) Indique o ponto que o representa no diagrama dado e diga se a mistura é homogênea ou heterogênea; determine a composição das fases em equilíbrio e indique-as no diagrama. Faça o mesmo em relação a uma mistura contendo 40 % de A e 40 % de C.

b) Aplique a regra das fases a cada um dos sistemas e determine sua variância. Em cada caso, especifique quais as variáveis que devem ser fixadas para determinar o estado do sistema.

4) Com relação ao problema anterior, seja um sistema ternário contendo: 10 % de A, 70 % de

B e 20 % de C. Calcule a quantidade de A que deve ser adicionada a 100 g dessa mistura a fim de se obter um novo sistema com 70 % de A. Indique esse novo sistema no diagrama.

Resposta: Devem-se adicionar 200 g de A ao sistema original. A nova mistura terá 70 % de A, 23,3 % de B e 6,7 % de C.

5) Os seguintes dados foram obtidos para o sistema ternário nitrobenzeno-metanol-isooctano,

a 25 oC. I II

Isooctano Metanol Isooctano Metanol 30,4 69,6 23,8 0 36,5 53,8 27,6 3,7 40,0 46,1 35,1 7,4 48,7 32,0 47,0 7,5 50,3 28,8 51,6 7,0* 59,5 21,9* 55,2 6,4 84,4 9,8 68,2 3,2 92,5 7,5 76,2 0

*Ponto crítico de solubilidade isotérmica

Trace o diagrama de fases e interprete os resultados obtidos. A que classe pertence esse sistema de líquidos ternários?

6) Usando o diagrama traçado no problema anterior, descreva os efeitos produzidos quando:

a) Isooctano é adicionado progressivamente a uma mistura a 1:1 em peso de metanol e nitrobenzeno.

b) Nitrobenzeno é adicionado a uma mistura de 1:1 em peso de metanol e isooctano. c) Metanol é adicionado a uma mistura de 1:1 de nitrobenzeno e isooctano. d) A uma mistura 1:1 de nitrobenzeno e isooctano adiciona-se progressivamente uma

mistura a 1:1 de metanol e isooctano.

7) Ainda com relação ao sistema nitrobenzeno-isooctano-metanol, calcule a quantidade mínima de metanol que deve ser adicionada a 200 g de uma mistura binária de isooctano e nitrobenzeno, contendo 50 % de cada um, a fim de obter uma mistura homogênea.

Resposta: 16,22 g de metanol

8) Considere a figura abaixo, onde as concentrações são dadas em fração ponderal.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,00,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Solução Líquida + NaCl

Soluçã

o Lí

quida

+ K

Cl

Solução Líquida + NaCl + KCl

Solução Líquida

NaClKCl

H2O

Cem gramas de uma solução de composição dada pelo ponto (1) (0,8 H2O, 0,14 KCl, ,06 NaCl) são evaporados, a 25 oC, até que KCl comece a cristalizar.

a) Quantos gramas de solução permanecem nesse ponto? b) O sistema é, então, evaporado até que NaCl começa a precipitar. Quantos gramas

de solução permanecem nesse ponto? c) Dê as quantidades e composição das fases presentes quando 0,95 da água original

tenham sido evaporados.

Resposta: a) ~ 35 g de solução b) ~ 18 g de solução c) 1,6 g de NaCl (s); 9,6 g de KCl (s) ; 12,8 g sol. Saturada H.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,00,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0