TD 011 – Estado termodinâmico

O conjunto dos valores de todas as propriedades de um sistema denomina-se estado do sistema. Dois sistemas estarão no mesmo estado se os valores de todas as suas propriedades forem iguais. Se o valor de uma das propriedades for diferente, eles não estarão no mesmo estado. Felizmente, não é necessário medir os valores de todas as propriedades para saber o estado do sistema. Basta conhecer os valores de algumas delas. Todas as outras poderão ser calculadas a partir destas propriedades conhecidas, que, por isto, passam a serem chamadas variáveis termodinâmicas.

· REGRA DAS FASES DE GIBBS

A quantidade de propriedades que devem ser conhecidas para fixar o estado de um sistema chama-se variância. A variância de um sistema é determinada pela regra das fases de Gibbs a partir no número de componentes, C, o número de reações, R, e o número de fases, F. A fórmula que dá a variância do sistema é:

A variância é também conhecida como grau de liberdade do sistema e representa o número de propriedades que precisam ter seus valores fixados para que o estado do sistema fique completamente determinado.

Exemplo – Considere um sistema formado por uma substância pura num dos três estados sólido, líquido ou gasoso. Neste caso, C = 1, R = 0 e F = 1. Inserindo os valores na regra das fases resulta:

Então para determinar inequivocamente o estado de um sistema formado por uma substância pura basta conhecer duas variáveis. A preferência cai sobre a temperatura, T, e a pressão, P, por serem as propriedades mais fáceis de serem medidas. Em resumo, fixando a pressão e a temperatura o estado de um sistema constituído por uma substancia pura fica determinado. Todas as outras propriedades, viscosidade, tensão superficial, índice de refração, podem ser calculadas a partir destas, Isto é, passam a ser funções delas.

Exemplo  – Considere que o sistema é formado por uma substancia pura e que nele coexistam duas fases. Neste caso, C = 1, R = 0 e F = 2. Aplicando estes valores na regra das fases de Gibbs resulta:

Então para fixar o estado deste sistema é suficiente conhecer uma propriedade do sistema. Em geral a propriedade escolhida é a temperatura ou a pressão.

Para que a regra das fases de Gibbs possa ser aplicada é necessário que o sistema esteja em equilíbrio com a sua vizinhança. No equilíbrio, o estado do sistema é imutável. Para isso o sistema deverá estar em equilíbrio térmico e mecânico com a sua vizinhança. Então atenção, a regra das fases só vale para sistemas fechados e isolados em equilíbrio. Não se aplica a sistemas abertos.

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