Componentes (termodinâmica) - Component (thermodynamics)

Em termodinâmica , um componente faz parte de uma coleção de componentes quimicamente independentes de um sistema . O número de componentes representa o número mínimo de independentes espécies necessárias para definir a composição de todas as fases do sistema.

Calculando o número de componentes de um sistema é necessário quando se aplica regra das fases de Gibbs na determinação do número de graus de liberdade de um sistema.

O número de componentes é igual ao número de espécies químicas distintas (constituintes), menos o número de reacções químicas entre eles, menos o número de quaisquer restrições (como neutralidade de carga ou equilíbrio de quantidades molares).

Cálculo

Suponha-se que um sistema químico tem M elementos e N espécies químicas (elementos ou compostos). Estes últimos são combinações do primeiro, e cada espécie Um _i pode ser representada como uma soma de elementos:

${\ Displaystyle A_ {i} = \ soma _ {J} a_ {ij} E_ {j},}$

onde E _j é o símbolo para o elemento j e um _ij são os componentes de um N x M matriz . Cada espécie é determinada por um vector (uma linha desta matriz), mas as linhas não são, necessariamente, linearmente independentes . Se a classificação da matriz é C , então há C vectores linearmente independentes, e os restantes NC vectores pode ser obtido pela adição múltiplos desses vectores. As espécies químicas representadas por essas C vectores são componentes do sistema.

Se, por exemplo, as espécies são C (sob a forma de grafite ), CO ₂ e CO, em seguida

${\ Displaystyle {\ begin {bmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 2 \\ 1 & 1 \ final {bmatrix}} {\ begin {bmatrix} C \\\\ O \ final {bmatrix}} = {\ begin {bmatrix} C \\ CO_ {2} \\ CO \ final {bmatrix}}.}$

Uma vez que o CO pode ser expressa como CO = (1/2) C + (1/2) de CO ₂ , que não é independente e C e monóxido de carbono podem ser escolhidos como os componentes do sistema.

Há duas maneiras que os vetores podem ser dependentes. Uma delas é que alguns pares de elementos aparecem sempre na mesma proporção em cada espécie. Um exemplo é uma série de polímeros que são compostos por diferentes números de unidades idênticas. O número de tais restrições é dada por Z . Além disso, algumas combinações de elementos pode ser vedado por cinética química. Se o número de tais restrições é R' , em seguida,

${\ Displaystyle C = H-Z + R'.}$

Equivalentemente, se R é o número de reações independentes que podem ocorrer, em seguida,

${\ Displaystyle C = NZR.}$

As constantes estão relacionados por N - H = R + R' .

Exemplos

CaCO ₃ - CaO - CO ₂ sistema

Este é um exemplo de um sistema com várias fases, que a temperaturas normais são dois sólidos e um gás. Existem três espécies químicas (CaCO ₃ , CaO e CO ₂ ) e uma reacção:

CaCO ₃ ⇌ CaO + CO ₂ .

O número de componentes é, em seguida, 3 - 1 = 2.

Água - hidrogênio - Oxygen

As reacções incluídos no cálculo são apenas aqueles que, na verdade, ocorrem sob as condições dadas, e não os que pode ocorrer sob condições diferentes, tais como a temperatura mais elevada ou na presença de um catalisador. Por exemplo, a dissociação da água nos seus elementos não ocorre à temperatura normal, de modo que um sistema de água, hidrogénio e oxigénio a 25 ° C tem 3 componentes independentes.

Referências