TD 008 Outra forma de classificação de sistemas

Outras classificações são possíveis. Elas são baseadas no conteúdo material dos sistemas. As principais são:

· PELA QUANTIDADE DE ESPÉCIES QUÍMICAS

O termo espécie química tem um significado muito amplo, servindo para designar tudo o que for quimicamente identificável, indo desde substâncias moleculares e iônicas estáveis até entidades químicas efêmeras como os radicais livres e assemelhados. Um exemplo de espécie molecular bem conhecida é a água. Já o cloreto de sódio fundido é composto pelas espécies iônicas Na⁺ e Cl^-. As espécies efêmeras normalmente são formadas como intermediários de reações químicas e se caracterizam pela alta reatividade tornando a sua detecção muito complicada.

Considerando o número de espécies químicas existentes nos sistemas, eles podem ser puros ou multicomponentes. No primeiro caso, o sistema é constituído por apenas uma espécie química e, no segundo, por mais de uma. Quanto ao número exato de espécies químicas os sistemas podem ser unário, binários, ternários, quaternários, etc. Rigorosamente falando, não existem sistemas unários, nem nos dicionários, já que outros componentes podem aparecer em quantidades ínfimas. Os sistemas com mais de dois componentes são usualmente conhecidos como sistemas multicomponentes

Exemplo 2.5.6 – O oxigênio de elevada pureza contido num balão é um exemplo de sistema puro já que a única espécie química presente é o oxigênio. Já o ar comprimido é um sistema composto por nitrogênio, oxigênio, argônio, dióxido de carbono, neônio, hélio, metano, criptônio, hidrogênio, xenônio, etc. O ar é, portanto, multicomponente.

· PELA OCORRÊNCIA OU NÃO DE REAÇÕES QUÍMICAS

Considerando os sistemas multicomponentes, neles podem ocorrer reações ou não. Se não houver reação química, o sistema é dito inerte, se houver pelo menos uma reação ele é dito reagente. É interessante notar que nenhum sistema puro pode ser reagente, porque uma reação pressupõe a existência de pelo menos um reagente se transformando em pelo menos um produto. Logo, no mínimo, existirão dois componentes.

Exemplo 2.5.7. – Considere um reator do tipo tanque contendo uma mistura de etanol, acido acético, acetato de etila, água e hidróxido de sódio onde o acetato de etila está sendo hidrolisado.

O hidróxido de sódio catalisa a reação. Como os componentes são totalmente solúveis entre si, o sistema é homogêneo. Como a hidrolise é uma reação, este sistema é reagente.

· PELA QUANTIDADE DE FASES

Entende-se por fase as partes homogêneas de um sistema distinguíveis entre si por suas propriedades físicas e composição. Considerando a quantidade de fases, os sistemas podem ser de dois tipos: homogêneos e heterogêneos. Os sistemas homogêneos são constituídos por uma única fase, que pode ser sólida, líquida ou gasosa. Os sistemas heterogêneos possuem mais de uma fase. Eles podem ser bifásico, trifásico e multifásicos. Na prática, cada fase pode ser considerada como sendo um subsistema com fronteiras físicas bem definidas. Permutas tanto de material como de energia podem ocorrer entre os subsistemas, no entanto, as permutas que realmente interessam são as que ocorrem do sistema para a sua vizinhança e vice-versa.

Exemplo 2.5.4 – A água contida num tanque é um exemplo de sistema homogêneo líquido. Se a água congelar parcialmente o sistema passará a ser heterogêneo bifásico do tipo líquido-sólido. Aproveitando o embalo, o número de componentes é um e o número de reações é zero.

Exemplo 2.5.5 – Uma jazida de petróleo é um exemplo de sistema heterogêneo multifásico. Nele coexistem quatro fases: uma fase sólida, a rocha porosa, duas fases líquidas: o petróleo impregnado com gotículas de água salgada e bolhas de gás, sobrepondo a camada de petróleo existe em alguns casos uma capa de gás. A fronteira deste sistema é a superfície inferior da rocha impermeável que se sobrepõe à rocha porosa armazenadora e uma fronteira imaginária separando a camada contendo apenas água salgada subjacente a camada onde o petróleo está presente. Novamente aproveitando o embalo, é impossível dizer quantas espécies químicas existem ao certo neste sistema, mas, com certeza é da ordem dos milhares. Então se trata de um sistema multicomponente. Como não existe nenhuma reação perceptível entre as espécies químicas este sistema pode ser considerado quimicamente inerte.

Os sistemas heterogêneos mais comuns na engenharia química são bifásicos e trifásicos. Sistemas com mais de três fases são raros. Os sistemas bifásicos podem ser do tipo sólido-gás, sólido-líquido e líquido-líquido. Os sistemas trifásicos podem ser do tipo sólido-líquido-gás ou sólido-líquido-líquido. Isso, contudo, não impede que outras combinações possam existir.

Exemplo 2.5.6 – A produção de etileno a partir do etanol é realizada em reatores recheados com pelotas catalíticas. Considerando uma partícula catalítica como o sistema, a superfície externa da partícula será a fronteira do sistema. Como a partícula é porosa e a reação ocorre em temperatura elevada com a mistura reagente no estado gasoso, os poros estão ocupados pelo gás. Este sistema é, portanto, um sistema bifásico do tipo gás-sólido.

Os sistemas termodinâmicos podem ser, portanto, caracterizados pelo número de componentes, C, pelo número de fases, F, e pelo número de reações, R. Estes números serão importantes mais adiante quando a regra das fases de Gibbs for discutida.

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