Que mudanças de estado físico podem ocorrer com o aumento de temperatura?

Mudanças de estado físico da matéria

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Confira os exercícios com gabarito!
Quais as mudanças de estado físico Quando aumenta a temperatura?
Quais são as mudanças de estado físico que ocorre com a diminuição da temperatura?
Porque o aumento da temperatura pode promover a mudança do estado físico?

Características moleculares dos sólidos

Características moleculares dos líquidos

Características moleculares dos gases

Os gases não possuem forma própria e seu volume é variável, já que suas moléculas se deslocam em todas as direções e sentidos.

Observe pelo que foi fornecido acima que, se você quiser fazer com que um corpo mude de estado físico passando de sólido para líquido e depois para gasoso (tem que ser nessa ordem), ele deve receber calor, para aumentar o movimento vibratório de suas moléculas aumentando assim sua temperatura.

Do mesmo modo, a passagem gasoso, líquido e sólido (nessa ordem), só pode ocorrer se o corpo perder calor (diminuir sua temperatura).

Mudanças de estado físico

Temperatura na fusão e na solidificação

Nem sempre que um corpo recebe calor, sua temperatura aumenta.

Assim, por exemplo, aquecendo-se gelo a 0oC sob pressão normal e mexendo cuidadosamente a mistura até a fusão total do gelo, você não observa aumento de temperatura do conteúdo, que

permanece durante toda a transformação sempre com a temperatura de 0oC.

Características da fusão

Toda substância, sob determinada pressão, sofre fusão (passagem de sólido para líquido) a uma dada temperatura, correspondente à pressão considerada, e que se denomina temperatura de fusão da substância e que ocorre quando a substância recebe calor.

A temperatura permanecerá constante durante toda a mudança de estado, desde que a pressão permaneça constante.

Como a solidificação é o inverso da fusão, ela ocorre com liberação de calor, mas obedecendo às mesmas leis.

Se você tiver, por exemplo, um pedaço de gelo a -20oC recebendo calor sob pressão normal, você observa que:

Graficamente:

Comportamento das substâncias na fusão e na solidificação

Algumas substâncias, como a maior parte dos líquidos e dos metais, aumentam de volume ao se fundir e diminuem de volume ao se solidificar.

Outras substâncias (como a água) se comportam de maneira oposta.

Devido ao fato de a água aumentar de volume ao se solidificar, uma garrafa cheia de água, tampada, se quebra quando a água em seu interior se solidifica e um iceberg flutua, pois seu volume aumenta, sua densidade fica menor que a da água, ele fica mais leve que a mesma, flutuando.

Gráfico da variação da pressão em função da temperatura de

fusão-solidificação para algumas substâncias e para a água

A temperatura de fusão ou de solidificação varia com a pressão.

Observe os gráficos abaixo e veja que, no caso da água (gráfico da direita) um aumento de pressão

provoca uma diminuição de sua temperatura de fusão-solidificação e, devido à esse fato você consegue fundir o gelo mesmo que ele esteja a temperaturas abaixo de 0oC, submetendo-o à pressões elevadas, fenômeno denominado regelo.

Regelo

Fenômeno pelo qual um aumento de pressão provoca uma diminuição da temperatura de fusão-solidificação da água e, devido à esse fato você consegue fundir o gelo mesmo que ele esteja a temperaturas abaixo de 0oC, submetendo-o à pressões elevadas.

Fenômenos que se pode explicar pelo regelo

Experiência de Tyndall
quando você apoia um arame fino com pesos nas extremidades, sobre um bloco de gelo, após certo tempo o arame atravessa o gelo e a barra continua inteira, pois o aumento da pressão provocado pelos pesos faz com que a

temperatura de fusão do gelo diminua e o gelo abaixo do fio derreta.

Com o derretimento, o fio afunda lentamente e a água acima do mesmo volta a congelar, pois já não existe mais a pressão do fio.

Ao comprimir fortemente um cubo de gelo contra o outro você verifica que eles ficam “soldados”.

Quando sujeito a pressão maior que a normal, a temperatura de fusão do gelo diminui e ele se funde. Quando a pressão volta ao normal, o gelo se recompõe.

Características da vaporização e condensação (liquefação)

Mantida a pressão constante, a vaporização (líquido em vapor) ou condensação (vapor em líquido) ocorre à temperatura

constante, denominada temperatura de vaporização (àquela pressão).

Gráfico da variação da pressão em função da temperatura de

condensação-vaporização para algumas substâncias e para a água

A temperatura de vaporização-liquefação da água e da maioria das substâncias aumenta conforme se aumenta a pressão (veja gráfico) que mostra que, quando a pressão aumenta, a temperatura de vaporização também aumenta e se a pressão diminui, a temperatura de vaporização também diminui.

Ao nível do mar, a água ferve a 100oC. No alto de uma montanha, onde a pressão atmosférica é menor, a água ferve a uma temperatura

menor que 100oC.

No fundo de uma mina, a água ferverá a uma temperatura maior que 100oC.

Tipos de vaporização

I. Evaporação: processo de vaporização que ocorre num grande intervalo de tempo, que se processa lenta e espontaneamente, independente da temperatura, e só acontece na superfície do líquido.

Ocorre com a superfície do líquido exposta ao meio ambiente de onde ele retira calor para se evaporar. Pode também retirar calor do meio com o qual está em contato. Veja casos nas figuras fornecidas:

Rapidez da evaporação

A rapidez com que a evaporação ocorre:

É inversamente proporcional à pressão. Observe nas figuras abaixo que a maior pressão comprime mais as moléculas de

vapor evaporadas, dificultando sua saída da superfície líquida.

Portanto, a evaporação é mais rápida no alto da serra e mais lenta ao nível do mar.

Depende da natureza do líquido que está evaporando. Assim, por exemplo, o éter evapora mais rapidamente que a água; é mais volátil que ela.

As moléculas do éter, do álcool (ou da gasolina) se atraem umas às outras menos fortemente que as da água, e sua camada superficial é mais fraca.

Por isso o éter, álcool (ou a gasolina) se evapora mais rapidamente que a água.

Depende da temperatura da substância que está evaporando.

Isso ocorre porque quanto maior a temperatura, maior é o movimento vibratório das moléculas do líquido, tendo assim, mais facilidade para escaparem da superfície líquida.

É diretamente proporcional à área da superfície de líquido exposta.

Depende da concentração de vapor de água (umidade do ar), junto ao líquido.

II. Ebulição: processo rápido e violento de vaporização, que envolve todo o líquido com formação de bolhas no seu interior.

Exemplo: água fervendo.

III. Calefação:ocorre quando se coloca um líquido em contato com uma superfície de temperatura maior que a de ebulição do líquido.

Nesse processo o líquido gira rapidamente, adquire forma esférica, divide-se em esferas menores que se movem rápida e desordenadamente, emitindo um som característico.

O líquido não entra em contato com a superfície aquecida.

Isso ocorre porque quando a camada inferior da gota evapora, as moléculas de água gasosa da camada não têm para onde escapar, assim que sua presença isola o resto da gota e impede que esta toque a superfície quente abaixo.

A gota, assim, permanece por alguns segundos, sem evaporar.

Diagrama de estado – ponto triplo

As curvas do gráfico recebem o nome de diagrama de estado ou diagrama de fases. Nele, para uma dada substância:

Curva CB
fornece a temperatura e a pressão, de fusão ou solidificação e essa curva representa a curva de fusão onde os estados sólido e líquido estão em equilíbrio ou seja, em qualquer ponto desta curva a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e líquido.

Curva CD
fornece a temperatura e a pressão, de vaporização ou condensação e essa curva representa a curva de vaporização onde os estados líquido e vapor estão em equilíbrio, ou seja, em qualquer ponto desta curva a substância está em um estado de coexistência de estados vapor e líquido.

Curva AC
fornece a temperatura e pressão, de sublimação ou cristalização e essa curva representa a curva de sublimação onde os estados sólido e vapor estão em equilíbrio, ou seja, em qualquer ponto desta curva a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e vapor.

Temperatura Crítica

Thomas Andrews estabeleceu que: “Temperatura crítica é aquela acima da qual uma massa gasosa não pode mais sofrer liquefação, por maior que seja a pressão exercida”.

À pressão na qual a temperatura é crítica dá-se o nome de pressão crítica.

Veja, abaixo, um exemplo da aplicação do diagrama de fases:

Baseado no diagrama de fases você pode, por exemplo, efetuar a liquefação do vapor que se encontra no estado A por três processos:

Resfriá- lo sob pressão constante até atingir o estado líquido (trajeto AD) ou,

comprimi-lo à temperatura constante (trajeto AB) ou ainda resfriá-lo e comprimi-lo simultaneamente (trajeto AC)

O que você deve saber, informações e dicas

Mudanças de estado físico

A temperatura permanece constante durante tora mudança de estado, desde que a pressão permaneça constante.

Como a solidificação é o inverso da fusão, ela ocorre com liberação de calor, mas obedecendo às mesmas leis.

Um pedaço de gelo flutua em equilíbrio térmico com certa quantidade de água depositada em um balde.

À medida que o gelo derrete o nível da água no balde não se altera.

A densidade do gelo é menor que a densidade da água ou seja, o gelo ocupa mais espaço do que a quantidade de água equivalente.

Assim, o volume de água proveniente do gelo derretido é igual ao volume de gelo que estava imerso. Por esse motivo, o nível da água no balde não se altera.

Observação: Baseado nisso, observe que o derretimento de um iceberg (que fica flutuando parcialmente imerso na água) não altera o nível do mar.

Mas, existe muito gelo sobre as montanhas e muito mais gelo sobre o continente do Polo Sul. É justamente este gelo que, ao derreter, escorre para o mar e contribui para o aumento do nível de água.

É possível comprovar esse fenômeno fisicamente: Como o gelo e a água se encontram em equilíbrio térmico, a temperatura de ambos é igual a 0ºC.

Sendo mG a massa de gelo, Vi o volume de gelo imerso e da a densidade da água, temos no equilíbrio de forças para o gelo flutuando que o empuxo E (vertical e para cima) deve ser igual ao peso P (vertical e para baixo).

P = E

mgelo.g = da.g.Vi
Vi = mgelo/da (I).

Quando o gelo derrete, ocupará um volume VA, e lembrando que mgelo = mágua

mgelo= da.Va (II)
Substituindo (II) em (I)
Vi = da.Va /da
Vi = Va.

Ou seja, o volume de água proveniente do gelo derretido (Va) é igual ao volume de gelo que estava imerso (Vi). Portanto, o nível da água no balde não se altera.

O diagrama abaixo representa a temperatura de uma substância inicialmente sólida em função do tempo, recebendo calor de uma fonte, sob pressão constante.

Observe que: no trecho AB ela se encontra no estado sólido; no trecho BC ela está mudando de estado e sua temperatura de fusão-solidificação é de 0oC; no trecho CD ela está no estado líquido; no trecho DE ela está mudando de estado e sua temperatura de vaporização-condensação é de 60oC e no trecho EF ela está no estado gasoso.

Observe também que não é a água, pois se vaporiza ou condensa a 60oC e não a 100oC.

Regelo

Quando sujeito a pressão maior que a normal, a temperatura de fusão do gelo diminui e ele se funde. Quando a pressão volta ao normal, o gelo se recompõe.

Veja na teoria alguns dos importantes fenômenos que podem ser explicados pelo regelo.

A temperatura de vaporização-liquefação da água e da maioria das substâncias aumenta conforme se aumenta a pressão.

Se determinada massa de água está se vaporizando, sob pressão normal, o fenômeno está ocorrendo a 100oC e, se você aumentar o tamanho da chama, a temperatura da água continuará sendo de 100oC, apenas a vaporização será mais rápida.

Ao nível do mar, a água ferve a 100oC. No alto de uma montanha, onde a pressão é menor, a água ferve a uma temperatura menor que 100oC.

No fundo de uma mina, a água ferverá a uma temperatura maior que 100oC.

Fraturas hidrotérmicas estão se abrindo no fundo do mar através das quais água muito quente é descarregada nos oceanos.

A água que emerge dessas fraturas a uma profundidade de 2400 m possui uma temperatura de 552 K.

Apesar dessa temperatura, a água não entra em ebulição por causa da alta pressão no fundo do oceano, pois, a medida que a pressão aumenta a temperatura de vaporização da água também aumenta.

A água pode ferver sem necessidade de aquecimento quando num recipiente aberto, no vácuo (pressão nula) ou em grandes altitudes, 27km, onde a pressão é muito baixa.

Nos dias frios, quando uma pessoa expele ar pela boca, forma-se uma espécie de “fumaça” junto ao rosto.

Isso ocorre porque a pessoa expele ar quente e úmido que se esfria, ocorrendo a condensação dos vapores expelidos.

As curvas do gráfico recebem o nome de diagrama de estado ou diagrama de fases.

Nele, para uma dada substância:

Curva CB
fornece a temperatura e a pressão, de fusão ou solidificação e essa curva representa a curva de fusão onde os estados sólido e líquido estão em equilíbrio.

Curva CD
fornece a temperatura e a pressão, de vaporização ou condensação e essa curva representa a curva de vaporização onde os estados líquido e vapor estão em equilíbrio.

Curva AC
fornece a temperatura e pressão, de sublimação ou cristalização e essa curva representa a curva de sublimação onde os estados sólido e vapor estão em equilíbrio.

Neste gráfico, o ponto C, comum às três curvas recebe o nome de ponto tríplice e, nele, a substância encontra-se em equilíbrio nos três estados: sólido, líquido e vapor.

Confira os exercícios com gabarito!

Quais as mudanças de estado físico Quando aumenta a temperatura?

As moléculas de água a -1 °C encontram-se em estado sólido e a 0 °C ocorre a mudança (ponto de fusão) de gelo a 0 °C para água a 0 °C. Quando atinge a temperatura de 100 °C, realiza uma nova mudança de estado (vaporização), passando do estado líquido para o gasoso.

Quais são as mudanças de estado físico que ocorre com a diminuição da temperatura?

Quando diminuímos a temperatura, o vapor de água, quando atinge 100ºC, começa a passar para o estado líquido. Essa mudança de estado é chamada de liquefação ou condensação. É o que ocorre, por exemplo, quando as nuvens condensam-se e formam a chuva.

Porque o aumento da temperatura pode promover a mudança do estado físico?

Tal fenômeno pode ser explicado pelo fato de que, na mudança de estado físico, como, por exemplo, por aquecimento, a energia que é absorvida pela substância em forma de calor não está sendo usada para o aumento da agitação molecular, mas para a quebra das ligações entre as moléculas.