Problemas de termodinâmica química I (mieq)



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PROBLEMA Nº 7


ASSUNTO : Variação de propriedades termodinâmicas.

OBJECTIVO : Cálculo numérico da variação de entropia. Relação de Gibbs-Helmholtz

Na tabela seguinte dá-se a variação da entalpia do árgon líquido com a temperatura, para a pressão de 5 MPa. A entropia da mesma substância, para a mesma pressão, à temperatura de 260 K é 118.02 J mol-1 K-1.


T/K

260

270

280

290

300

H / J. mol-1

4908.0

5151.6

5391.6

5628.5

5862.8

Calcular a entropia a 300 K e 5 MPa e comparar com o valor tabelado que é 260 K é 121.44 J mol-1 K-1.


RESULTADO: S (L, 300 K, 5 MPa) = 121.44 J mol-1 K-1.

PROBLEMA Nº 8


ASSUNTO: Coeficientes mecânicos.

OBJECTIVO: Cálculos com coeficientes mecânicos.


A compressibilidade isotérmica (kT)da água a 25 ºC e a 1 atm é 4.510-5 atm-1.

a) exprimir kT em termos da densidade molar, m e das suas derivadas parciais.

b) a que pressão deveria comprimir a água para provocar uma variação de 1% na densidade molar?

RESULTADO: a ) ; b) 222atm



PROBLEMA Nº 9


ASSUNTO: Coeficientes mecânicos.

OBJECTIVO: Cálculos com coeficientes mecânicos.


Faça uma estimativa da elevação de temperatura expectável quando o árgon líquido a 100 K e à pressão de vapor (ou de equilíbrio) é subitamente comprimido até à pressão de 10 MPa. (despreze a variação de volume do vaso e as trocas de calor com o exterior).

DADOS: Para o árgon líquido a T= 100 K: V= 1.65 MPa.K-1; (pressão de vapor, P)=320 kPa.


RESULTADO: T = 6 K.

PROBLEMA Nº 10


ASSUNTO: Coeficientes mecânicos.

OBJECTIVO: Cálculos com coeficientes mecânicos.


Uma mole de etileno líquido puro, inicialmente a 140 K e a 1 atm é levada a um estado definido por P=10 atm e T= 160 K. Determinar a variação de volume observada na transformação.

DADOS: Para o etileno líquido Vm*(140 K, 1 atm)= 46.14 cm3.mol-1; P=2.2510-3 K-1 e

kT= 1.2510-4 atm-1.
RESULTADO:  V = 2.07 cm3.
PROBLEMA 11

ASSUNTO: Coeficientes mecânicos.

OBJECTIVO: Cálculos com a equação de Tait.
A densidade do líquido iónico (LI) tetrafluoroborato de 1-ethyl-3-methyl-imidazolio [C2mim][BF4], no intervalo de temperaturas (293.15 a 393.15) K e de ressão (0.10 a 30.00) MPa) é traduzida pela equação de Tait:

,

onde:




C=0.6895 .



Determinar nas condições T= 393.15 K e P= 20.0 MPa:

  1. o volume molar do líquido iónico;

  2. a expansibilidade isobárica;

  3. a compressibilidade isotérmica.



RESULTADO: a) 1241 kg.m-3 , b) p=4.96 10-4 K-1 , c) kT=4.5110-6 bar-1


PROBLEMA Nº 12


ASSUNTO : Coeficientes mecânicos.

OBJECTIVO: Cálculos com coeficientes mecânicos.


C. S. Barret e L. Meyer [J. Chem. Phys. 41 (1964) 1078] mediram a constante da rede cristalina a para o árgon sólido, concluindo que:

para temperaturas superiores a 21 K.

Sabendo que a célula unitária do árgon sólido é cúbica de faces centradas, determine para 60 K:


  1. o volume molar do sólido;

  2. a expansividade isobárica;

DADOS: Número de Avogadro, NA= 6.0221023 mol-1

FIGURA 4.1- Posição dos átomos de argon numa célula cúbica de faces centradas


RESULTADO: a) 23.61 cm3.mol-1 b) P = 1.47710-3 K-1.


PROBLEMA Nº 13

ASSUNTO : Coeficientes mecânicos, térmicos e adiabáticos.

OBJECTIVO : Cálculos envolvendo as relações entre os vários coeficientes.
Os seguintes dados referem-se ao azoto líquido à temperatura de 100 K.


Vm,/

(cm3mol-1)



103P/

(K-1)



/

(PaK-1)



C/

(Jmol-1K-1)



u/

(ms-1)



40.7

9.0

54.2

63.2

600

Determinar:



  1. a compressibilidade isotérmica T ;

  2. as capacidades caloríficas CP,m e CV,m .

DADOS: M= 28.01
RESULTADO: kT=9.69×10-9 Pa-1 ; b) Cp,m= 65.3 JmolK-1 ; CV,m = 27.2 JmolK-1.
PROBLEMA Nº 14

ASSUNTO : Coeficientes mecânicos, térmicos e adiabáticos.

OBJECTIVO : Cálculos envolvendo as relações entre os vários coeficientes.
A tabela apresentada a seguir refere-se ao tolueno líquido à temperatura de 500K.


P/bar

VmL/ cm3 mol-1

VmG/ cm3 mol-1

x103/ K-1

/ cm3 mol-1 bar-1

11.77

144.53




2.375

-0.117




/ J mol-1

/ bar K-1

P / K-1

C,m / J mol-1 K-1

/ J mol-1 K-1

24532







230



Complete a tabela com os valores em falta considerando que o comportamento P-V-T do gás é traduzido pela equação de virial na forma onde B = -595 cm3 mol-1 .


RESULTADO: VmG= 2775 cm3.mol-1 ; P = 2.526×10-3 K-1 ; Cp,mL= 233.4 J mol-1 K-1.

PROBLEMA Nº 15

ASSUNTO : Coeficientes mecânicos, térmicos e adiabáticos.

OBJECTIVO : Cálculos envolvendo as relações entre os vários coeficientes.
Os seguintes dados referem-se ao monóxido de carbono líquido a 70 K.


Pσ/

bar


Vm,/

(cm3mol-1)



103P/

(K-1)



CV,m/

(Jmol-1K-1)



Cp,m/

(Jmol-1K-1)



u/

(ms-1)



0.21

33.35

4.786

36.29

59.80

925

Determinar o volume molar do líquido à pressão de 8.37 MPa correspondente à fusão do sólido a 70 K. Sugestão: considere a compressão isotérmica (a 70 K), partindo do líquido saturado (i. e., em equilíbrio com o seu vapor).


RESULTADO: VmL= 32.72 cm3mol-1 .

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