MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO

Prévia do material em texto

MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO 
HOME
ENSINO MÉDIO
FÍSICA
TERMOLOGIA
MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
Tipos de Mudanças
Quando uma substância passa do estado sólido para o estado líquido, essa transformação chama-se 
fusão. A transformação inversa (de líquido para sólido) chama solidificação. A passagem do estado 
líquido para o gasoso chama-se vaporização; a transformação inversa é chamada condensação.
 
(Fig. 1)
Sob certas condições é possível a transformação direta do estado sólido para o estado gasoso e essa 
transformação chama-se sublimação. Como exemplo podemos citar o caso da naftalina. Bolas de 
naftalina são colocadas dentro de armários para matar insetos. A naftalina passa diretamente do 
estado sólido para o estado gasoso e são esses gases que matam os insetos.
Outro exemplo é o chamado gelo seco (Fig.2), usado para produzir "fumaça" em espetáculos teatrais.
 
(Fig. 2)
Na realidade trata-se de dióxido de carbono no estado sólido que passa diretamente para o estado 
gasoso.
Tipos de Vaporização
Há dois tipos de vaporização: evaporação e ebulição.
A evaporação ocorre de forma lenta e pode acontecer em qualquer temperatura. É o que acontece, 
por exemplo, quando a dona de casa coloca as roupas ou as louças para secar: lentamente a água 
passa para o estado gasoso.
TABELA 1 - temperaturas de fusão e
ebulição para algumas substâncias 
SUBSTÂNCIA
TEMPERATURA DE
FUSÃO E SOLIDIFICAÇÃO
(°C)
TEMPERATURA DE
EBULIÇÃO E LIQUEFAÇÃO
(°C)
Água 0 100
Álcool etílico - 114 78,3
Éter etílico - 116,3 34,6
Alumínio 658,7 2.300
Ferro 1.530 3.050
Cobre 1.083 2.360
Mercúrio - 38,9 356,7
Ouro 1.063 2.800
A ebulição é a passagem turbulenta do estado líquido para o gasoso. É o que acontece, por 
exemplo, quando a água ferve. A ebulição acontece em uma temperatura determinada que depende 
da pressão externa. Por exemplo no caso da água, quando a pressão externa é 1 atmosfera, a 
ebulição acontece a 100° C.
Temperaturas de Fusão e Ebulição
Para cada substância, a fusão e a ebulição ocorrem em temperaturas determinadas que dependem 
da pressão. Na tabela a seguir fornecemos essas temperaturas para algumas substâncias, sob 
pressão de 1 atmosfera.
Consideremos por exemplo um pedaço de gelo (água sólida) a 0 °C. Se fornecermos calor ao gelo 
ele vai se transformando em água líquida. Enquanto todo o gelo não estiver derretido a temperatura 
não varia.
Podemos imaginar a transformação inversa. Suponhamos que tenhamos água líquida a 0 °C. Se 
retirarmos calor dessa água ela começa a se transformar em gelo e durante essa transformação a 
temperatura fica constante. Portanto, a temperatura de fusão e a de solidificação são idênticas.
Suponhamos agora que tenhamos água líquida a 100 °C. Se fornecermos calor a essa água ela entra 
em ebulição e, durante a ebulição, a temperatura fica constante. Podemos ter a transformação 
inversa. Suponhamos que tenhamos vapor de água a 100 °C. Se retirarmos calor desse vapor, ele 
começa a transformar-se em líquido e, durante a transformação, a temperatura fica constante.
Calor de Transformação
Quando uma substância muda de estado de agregação, absorve (ou cede) uma quantidade de calor 
que é proporcional à massa (m). Assim podemos escrever:
 
onde L é uma constante chamada calor de transformação. Quando se trata da fusão (ou 
solidificação) a constante L é chamada de calor de fusão; quando se trata da ebulição (ou 
liquefação) a constante L chama-se calor de vaporização. A constante L é também chamada de 
calor latente (daí o símbolo L).
Da equação Q = mL tiramos:
Portanto a unidade de L pode ser
cal/g ou J/kg
Na tabela a seguir fornecemos os valores de L para algumas substâncias.
TABELA 2 - Calores latentes de algumas
substâncias 
Substância Calor de fusão(cal/g)
Calor de vaporização
(cal/g)
Água 80 540
Álcool etílico 25 204
Ouro 15 557
Prata 21 558
Cobre 32 1.210
Exemplo 1
Considere uma pedra de gelo de massa 100 gramas, inicialmente à temperatura de - 20 °C. Calcule a 
quantidade de calor necessária para transformar esse gelo em vapor d'água a 100 °C. São dados:
Resolução
Primeiramente calculamos a quantidade de calor (Q1) necessária para levar o gelo de - 20ºC a 0ºC. A 
variação de temperatura é
Assim
Q1 = (100) (0,50) (20)
Q1 = 1.000 calorias
Atingida a temperatura de 0 °C o gelo começa a derreter. A quantidade de calor (Q2) necessária para 
a fusão do gelo é:
Q2 = mLF
Q2 = (100) (80)
Q2 = 8.000 calorias
Depois que todo o gelo derreteu a água será aquecida até chegar a 100 °C, sofrendo uma variação 
de temperatura = 100ºC.
Q3 = m . cL . ( )
Q3 = (100) (1) (100)
Q3 = 10.000 cal
Atingida a temperatura de 100ºC a água entra em ebulição
O calor necessário nessa fase é:
Q4 = mLv
Q4 = 100 (540)
Q4 = 54.000 cal
Depois que toda água estiver vaporizada o vapor será aquecido até 110 °C, sendo = 10ºC. Nessa 
fase a quantidade de calor necessária é:
Q5 = (100) (0,48) (10)
Q5 = 480 cal
Portanto a quantidade de calor total é:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
Q = 1.000 + 8.000 + 10.000 + 54.000 + 480
 
Podemos fazer um gráfico da temperatura em função da quantidade de calor fornecido
Mudança de Estado e Pressão
As temperaturas de fusão e ebulição dependem da pressão externa. Consideremos, por 
exemplo, o caso da ebulição da água. Quando a pressão a que a água está submetida é 1 atmosfera, 
a água entra em ebulição a 100° C. Isso acontece quando estamos no nível do mar. Porém, quando a 
pressão é menor, fica mais fácil de a água ferver e assim a água entra em ebulição a uma 
temperatura menor do que 100° C. Na cidade de São Paulo, por exemplo, que está a 700 metros 
acima do nível do mar, a pressão é menor do que 1 atmosfera e a água ferve a 98 °C.
Se a pressão externa for maior do que uma atmosfera, fica mais difícil de a água ferver e, assim, ela 
ferve a uma temperatura maior do que 100 °C. É isso que ocorre numa panela de pressão. Nessa 
panela, a pressão interna é maior do que 1 atmosfera e, assim, a água ferve a aproximadamente 120 
°C facilitando o cozimento dos alimentos.
 
(Fig. 3)
DIAGRAMAS DE ESTADO
 
 
A Fig.4 apresenta um diagrama de estado típico da maioria das substâncias.
(Fig. 4)
Esse diagrama nos mostra os valores de pressão e temperatura para os quais a substância se 
encontra em cada estado de agregação.
A curva TB é chamada curva de fusão. Para os valores de pressão e temperatura que 
correspondem aos pontos dessa curva, a substância pode apresentar em equilíbrio as fases sólida e 
líquida.
A curva TC é a curva de vaporização. Seus pontos correspondem a valores de temperatura e 
pressão em que as fases líquida e gasosa podem ficar em equilíbrio.
A curva AT é a curva de sublimação. Seus pontos correspondem a valores de pressão e 
temperatura em que as fases sólida e gasosa podem ficar em equilíbrio.
O ponto T é chama de ponto triplo (ou tríplice), Sob pressão p T e à temperatura T, a substância 
pode apresentar em equilíbrio as três fases: sólida, líquida e gasosa.
	MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO