difusÃo em lÍquidos (2)
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Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
DIFUSIVIDADE MÁSSICA EM LÍQUIDOS
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBACENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICAFENÔMENOS DE TRANSPORTE III
PROFESSOR: ALFREDO ISMAEL CURBELO GARNIC
Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
APRESENTAÇÃO:
• GABRIELLY DOS SANTOS MACIEL- 11011759• KATHARINNE DE OLIVEIRA-10911633
Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
INTRODUÇÃO
• A transferência de massa se relaciona como movimento de um componente específico num sistema de vários componentes,com diferentes concentrações.
• O movimento ocorre no sentido das zonas onde a concentração desse componente é mais baixa.
• Essa transferência pode ocorrer pelo mecanismo da DIFUSÃO MOLECULAR ou da CONVECÇÃO.
Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
INTRODUÇÃO(Cont.)
• A convecção é um mecanismo que ocorre através de um fluido em movimento (movimento do meio).
• Pode ser natural (se o movimento for provocado por diferenças de densidades) ou forçada (se o movimento for provocado por ação de agentes externos).
Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
INTRODUÇÃO(Cont.)
• A difusão é um mecanismo que indica como um composto se movimenta dentro de uma fase ou entre fases (interações moleculares).
• É análoga à transferência de calor por condução, em que há uma diferença de potencial elétrico, porém é mais complexo pois ocorre numa mistura com pelo menos duas espécies químicas, existindo um gradiente de concentração química.
Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
INTRODUÇÃO(Cont.)
• A difusão envolve espécies sólidas, líquidas e gasosas.
• Tais mecanismos ocorreram envolvendo espécies chamadas de soluto e solvente, obtendo misturas(gases) ou soluções (líquidos).
Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
DIFUSÃO EM LÍQUIDOS
• A difusão mássica em líquidos é mais complexa pois não há uma teoria, como no caso dos gases.
• Logo, utiliza-se várias teorias, tal como a hidrodinâmica, do salto energético (Eyring) e os modelos da mecânica estatística e da termodinâmica dos processos irreversíveis.
Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
DIFUSÃO EM LÍQUIDOS(Cont.)
• O coeficiente de difusão (mobilidade do soluto no meio) é dependente da temperatura, pressão e composição.
• Tal coeficiente em líquidos é muito maior que em gases e depende fortemente do grau de idealidade da solução.
• As moléculas podem se difundir como moléculas ou como íons em solução (iônicas eletrolíticas).
• Os íons devem se difundir com uma mesma taxa, devido a neutralidade elétrica da solução.
Gabrielly Maciel e Katharinne de Oliveira 1º Semestre 2013
DIFUSÃO EM LÍQUIDOS(Cont.)
Diferença entre Eletrólitos e Não-Eletrólitos:
Eletrólitos
• São solutos que se dissolvem em solventes fornecendo íons
à solução; solução esta que conduz eletricidade melhor
que o solvente puro. • Geralmente, eletrólitos são
fornecidos por substâncias iônicas, como NaCl (Na+Cl-),
NaOH, KCl, etc...
Não-eletrólitos
• São solutos que não liberam íons na solução à medida que se dissolve e não influenciam a condutividade do solvente.
• Ex.: Sacarose, álcool etílico, etc...
1. DIFUSÃO DE NÃO-ELETRÓLITOS EM SOLUÇÕES LÍQUIDAS DILUÍDAS
• Não-eletrólitos• Soluções diluídas
• A força motriz será dada pelo potencial químico atividade
A “força motriz” no transporte de uma substância A será dado pelo potencial químico.
Haverá movimento de A decorrente do arrasto provocado pelo meio B
Ação que o meio B exerce sobre a molécula A
Concentração total
A concentração C ser basicamente a do
solvente
Coeficiente difusivo
Equação de Stokes-Eistein
• Um dos grandes problemas na teoria hidrodinâmica é justamente definir esse raio
o Alguns autores partem da relação entre raio e volume
o outros consideram o raio de giro
A equação de Stokes-Eistein serve como ponto de partida para a proposta de correlações experimentais nas formas:
volume molar da espécie i no seu ponto normal de ebulição
volume crítico da espécie i
raio de giro da molécula i
Tabelado
Caso o volume não seja encontrado na tabela, utilizar a correlação de Tyn e Calus (1975).
Valores experimentais para o coeficiente de difusão em líquidos, em solução diluída, estão tabelados!
Correlações que utilizam o volume molar a Tb
Scheibel (1954):
exceto para:
a) água como solvente e se
neste caso utilizar
b) benzeno como solvente e se
neste caso utilizar
c) outros solventes em que
neste caso utilizar
Desaconselhável para a difusão de
gases dissolvidos em líquidos orgânicos.
Wilke é Chang (1995):
na qual Φ é o parâmetro de dissociação do solvente; Φ = 2,6 (água), Φ = 1,9 (metanol), Φ = 1,5 (etanol) e Φ = 1, para o restante dos solventes.
Utiliza-se em situações em que os solutos são gases dissolvidos ou quando se trabalha com soluções aquosas.
Reddy e Doraiswany (1967):
em que: Desaconselhável para a maioria dos casos.
Lusis e Ratcliff (1968):
Indicada para solventes orgânicos; inadequada para água como soluto.
Hayduk e Minhas (1982):
Indicada para soluções aquosas.
Hayduk e Minhas (1982): .
Indicada para parafinas normais com as seguintes faixas de números de átomos carbonos:
• para o soluto:
• para o solvente:
Siddiqi e Lucas (1986):
Indicada para solventes orgânicos.
Siddiqi e Lucas (1986):
Indicada para soluções aquosas.
Correlação que utiliza o volume crítico
Indicada para gases dissolvidos em solventes orgânicos de alta viscosidade.
Correlações que utilizam o raio de giro
Uemesi e Danner (1981):
Indicada para soluto/solvente orgânico.
Hayduk e Minhas (1982):
Recomendada para solventes polares.
Hayduk e Minhas (1982):
Recomendada para solventes apolares.
Equações que melhor se aproximaram dos resultados experimentais:
•Solventes orgânicos:
•Soluções aquosas:
Siddiqi e
Lucas (1986)
•Soluto e/ou solvente são parafinas normais:
Observação:
Em uma solução diluída,
uma molécula A difunde no meio B
uma molécula B difunde no meio A
Exemplo: Piscina com água e piscina com piche
2. DIFUSÃO DE NÃO-ELETRÓLITOS EM SOLÇÕES LÍQUIDAS CONCENTRADAS
200mL de vinho
Piscina
Jarra de 2L
O vinho estará diluído na água
Solvente
Meio difusivo
O meio difusivo passa a ser a mistura de soluto e solvente
solução não-ideal:
O efeito da mistura do par soluto/meio, na qual as espécies químicas são distintas, é a característica básica da difusão em soluções líquidas concentradas.
O potencial químico é dado por:
Diferenciando:
ou
Derivando
Lembrando que a “força motriz” do transporte da substância A é dado pelo potencial químico:
Somente na direção z
para uma solução líquida concentrada real.
Concentração total
Influência da concentração da solução líquida assim como da correção da não-idealidade da solução no fluxo de matéria
coeficiente de difusão = média ponderada entre os termos em diluição infinita
Considerando os efeitos da viscosidade da solução e das espécies A e B.
Wilke (1949)
Outros:
Vignes (1966):
Leffler e Cullinan (1970):
Difusão de não-eletrólitos em soluções líquidas concentradas
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Difusão de não-eletrólitos em soluções líquidas concentradas
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