Apresentação do PowerPoint

TMA

Temperatura constante

Pressão -temperatura

Temperatura constante 0 C

Liquido

Sólido

1 atm

TMA

Equilibrio em reações

Três reações (a), (b) e (c)

TMA

Solidificação em metais

Sinterização

TMA

Conceito de substâncias puras

Análise de transições de fase

Significado de diagramas de fase

Substâncias Puras

TMA

Fase

material cuja estrutura cristalina é definida através de umarranjo periódico e tridimensional de átomos ou ions;

os metais e as ligas metálicas constituem exemplos demateriais sólidos cristalinos;

a maior parte dos metais cristaliza, ao solidificar, em trêsstruturas cristalinas compactas: CCC, CFC e HC.

Solidos cristalinos

Fases mais lembradas

Sólido - Líquido - Vapor

TMA

Fase

os materiais em engenharia sãoformados por pequenos cristais comtamanhos da ordem do micron (milésimaparte do milímetro – 10-6m)

Materiais

Geralmente são policristalinos

Transformação de fase

mudanças de estrutura que ocorrem coma variação da temperatura, pressão eomposição

Podem ocorrer por difusão oudeslocamento de curta distância

TMA

tem a ver com potenciais químicos semelhantes

Equilíbrio químico entre fases

EXEMPLO: Considere água a P=1 atm

-Gelo é estável se T < 0 C - μ gelo< μ líquido

-Água estável quando T > 0 C μ gelo > μ líquido

-Temperatura de Transformação T trs: Temperatura em que ospotenciais são iguais, μ ice= μliquid waterat T = 0oC

TMA

Transição depende da espontaneidade termodinâmica e davelocidade

Conceito de fase metaestável

Mostra as regiões de pressão e de temperatura em que asdiversas fases são termodinamicamente estáveis

Curvas de equilíbrio: Curvas que separam as regiões –indicam valores de Pressão e Temperatura em que duas fasesestão em equilíbrio

Curvas de equilíbrio

Diagramas de fase

Diagramas de equilíbrio

Relação equilíbrio tempo

TMA

Forma compacta de exibir as mudanças de estado físicas queuma substância pode ter em função das variáveistemperatura e pressão

Regra das fases:

Fase (Phase) (P)

Componentes (Components) (C)

Grau de liberdade (degrees of Freedom) (F)

Fase: Quantidade de matéria que apresenta homogeneidadeno que se refere à composição química e estado físico.

Ex: fases sólida, líquida e vapor de uma substância pura, alémdas suas diferentes formas polimórficas

Transição de fase: Conversão espontânea de uma fase emoutra que ocorre em uma dada temperaturaa.

Temperatura de transição de fase: é a temperatura deequilíbrio entre fases. Corresponde a condição em que existeequilíbrio químico entre as fases

Diagramas de fase

TMA

Curvas de equilíbrio: Curvas que separam as regiões –indicam valores de Pressão e Temperatura em que duasfases estão em equilíbrio

Diagrama esquemático

TMA

Substância pura em recipiente fechado

Pressão de vapor: pressão do vapor em equilíbrio com olíquido

Na condição de equilíbrio existeum equilíbrio entre evaporar econdensar.

Existe um equilíbrio entre a taxade evaporação e taxa decondensação

Pressão de vapor

TMA

Mostra como apressão de vapor dolíquido varia com atemperatura

Mostra como apressão de vapor nasublimação com atemperatura

Descreve o comportamentode fusão – condição em quepressão de vapor=pressãoexterna

Ponto Crítico

Diagrama esquemático

Condição em queas três fasescoexistem emequilíbrio

TMA

Quando líquido é aquecido em umrecipiente fechado:

-a pressão de vapor e a densidadedo vapor eleva com o aumento datemperatura

-A densidade do líquido diminuiligeiramente pela expansão

-Existe um ponto em que adensidade do líquido e do vaporsão iguais e a interface líquido –gás desaparece. Este ponto édefinido por uma temperatura ditaTemperatura crítica e umapressão dita Pressão crítica

-Nestas temperaturas e pressõesforma-se o fluido supercrítico

Ponto crítico

TMA

Ponto crítico

C =1

P =1

F =2

P =1

F =2

P =1

F =2

P =3

F =0

P =2

F =1

TMA

Diagrama esquemático

TMA

Diagrama H2O

TMA

Diagrama CO2

TMA

Diagrama He

TMA

Diagrama Fe

Diagrama Fe a Pconstante

Diagrama Fe a P e T variável

TMA

No equilíbrio , o potencial químico de uma substância éconstante numa amostra, qualquer que seja o número defases presentes.

Diagrama de equilíbrio - Termodinâmica

MesmoPotencialQuímico

Se μ 1 > μ2, ΔG é negativo, processo é espontáneo

Se μ1 = μ2, ΔG é zero, processo em equilíbrio

Se μ 1 > μ2, ΔG é positivo, processo não é espontáneo

TMA

Diagrama de equilíbrio - Termodinâmica

Temperaturas baixas – fase sólida tem potencial químico maisbaixo e geralmente é a fase mais estável

Temperaturas maiores – potenciais químicos alteram deforma diferenciada para cada fase.

TMA

Para pressões maiores a temperatura de fusão tende aaumentar

O aumento da pressão resulta no aumento do potencialquímico e este aumento é maior para gases, depois liquidos edepois sólidos (em geral).

V(l) > V(s)

V(l) < V(s)

Estabilidade e pressão

Sólido

TMA

Construção das curvas de equilíbrio

TMA

Construção das curvas de equilíbrio S-L

Sólido  Líquido

TMA

Construção das curvas de equilíbrio l - g

Líquido  Gás

TMA

Construção das curvas de equilíbrio s -g

Sólido  Gás

Sublimação, considera queΔvapH < ΔsubH, espera-se quea inclinação da curva desublimação tenha inclinaçãomenor.

TMA

Transformação de fase

Transformações comuns

Fusão

Vaporização

Transformações menoscomuns

Sólido-Sólido

Semicondutor - Supercondutor

Fluido - Superfluido

Paul Ehrenfest – sugeriu um esquema de classificação para astransformações de fase, baseado em fatores termodinâmicosdas substâncias. Várias transformações são acompanhadasde variações de entalpia e de volume. Estas mudançaspodem afetar o potencial químico dos dois lados datransformação de fase.

Genérico: Transformação de fase α - β

TMA

Transformação de fase

Vtrans e Htrans são diferentes de zero para a fusão e vaporização

A inclinação da curva de potencial químico de cada lado dacurva, contra pressão e temperatura, é diferente.

Isto é – existe descontínuidade na curva da primeira derivada de na transformação

Volume, V

Entalpia, H ou S

Temperatura

Uma transformação de primeira ordem é aquela que tem aprimeira derivada do potencial químico em função datemperatura é descontínua.

Potencial

Temperatura

TMA

Transformação de fase

RELEMBRANDO - O Cp de uma substância é dado pelaInclinação da curva de entalpia em função da temperatura

-Transformações de primeira ordem – Cp tende a infinito natransformação

-Transformações de segunda ordem existe descontínuidadena curva Cp por temperatura

Uma transformação de segunda ordemé aquela que tem aprimeira derivada do potencial químico em função datemperatura contínua, entretanto a derivada segunda édescontínua.

Volume, V

Entalpia, H ou S

Temperatura

Potencial

Temperatura

TMA

Transformação de fase

Temperatura

Primeira Ordem

Temperatura

Segunda Ordem

Caso especialTransformações 

TMA

Transformação de fase – segunda ordem

EXEMPLO: Mudança de simetria na estrutura cristalina emsólidos.

Mudança de estrutura tetragonal para cubica – Em muitoscasos esta mudança não envolve descontinuidade deenergia ou volume, mostrando que não é uma transição deprimeira ordem.

TMA

Transformação de fase - 

Tranformação λ não é de primeira ordem

Cp tende a infinito na transformação

Cp tende a aumentar um pouco antes datransformação

EXEMPLO – Transição ordem desordemem ligas – materiais ferromagnéticos-transição no hélio líquido

EXEMPLO – Transição ordem desordem em ligas CuZn.

-Composições relevantes de 0 a 50% de Zn

-Possíveis fases , , 

-Fase  pode apresentar-se na forma

(1)desordenada ( solução sólida, de estrutura CCC,onde os atomos de Cu e Zn se posicionamdesordenadamente). Existe acima de 454-468º.C –possui baixa condutividade

(2)Ordenada ( estrutura CCC com Cobre nos vértices eZn no centro do cubo) – maior condutividade e boadureza dificultando a conformação.