Diagrama de mudança de estado físico

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A temperatura permanece constante até que toda a substância pura mude de estado físico, e isso é indicado no gráfico por meio dos patamares
A temperatura permanece constante até que toda a substância pura mude de estado físico, e isso é indicado no gráfico por meio dos patamares

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por Jennifer

01 Nov 2014

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O texto Mudanças de Estado Físico mostrou como ocorrem essas transformações no caso da água. Agora vamos mostrar como transpor essas informações para um diagrama de mudança de estado físico ou gráfico de aquecimento.

Novamente usaremos a água como exemplo, entretanto, a forma de escrever o diagrama é basicamente igual para todas as substâncias puras, isto é, para todas as substâncias que são formadas por um único constituinte, que não são misturas.

Ao nível do mar (pressão de 1 atm), os pontos de fusão e ebulição da água são, respectivamente, 0ºC e 100ºC. Assim, considere, por exemplo, um cubo de gelo a -20 ºC que passa a ser aquecido em uma panela no fogo. Com o tempo, a temperatura do gelo subirá: -19ºC... -18 ºC... -17 ºC..., e assim por diante, até chegar à temperatura de 0ºC, isto é, ao seu ponto de fusão. Nessa temperatura, a água que estava no estado sólido começará a passar para o estado líquido, mas a temperatura não continuará subindo, ela permancerá em 0ºC até que todo o gelo vire água líquida.

É por isso que, no diagrama de mudança de estado físico apresentado a seguir, escrevemos um patamar, ou seja, um intervalo de tempo em que a temperatura permanece constante:

Gráfico da fusão do gelo
Gráfico da fusão do gelo

Se continuarmos aquecendo a água na panela, a sua temperatura subirá: 1ºC... 2ºC... 3ºC... e assim por diante. Durante todo esse tempo a água ainda estará no estado líquido. Porém, quando atingir a temperatura de 100ºC, as moléculas que estavam no fundo do recipiente ganharão energia térmica suficiente para vencer a pressão externa (da gravidade) e sua massa diminuirá, por isso, elas subirão, enquanto a água da superfície descerá. Com o tempo, essas águas que desceram também ganharão energia térmica e voltarão a subir, já que as da superfície perderão energia para o meio. Esse processo é chamado de convecção.

Durante todo esse processo de ebulição, ou seja, em que a água no estado líquido passa para o estado de vapor, a temperatura da água não aumenta, mas permanece constante em 100ºC até que todo o líquido vire vapor.

Desse modo, continuando a escrever o diagrama de mudança de estado físico, temos mais um patamar, mas que se refere ao ponto de ebulição:

Gráfico de ebulição da água
Gráfico de ebulição da água

O diagrama de mudança de estado físico completo da água fica da seguinte forma ao nível do mar:

Diagrama de mudança de estado físico da água
Diagrama de mudança de estado físico da água

Veja que o processo inverso do aquecimento, isto é, o resfriamento, ocorre da mesma forma, com o ponto de liquefação (condensação) igual ao ponto de ebulição (100ºC), e o ponto de solidificação igual ao ponto de fusão (0ºC).

Todo gráfico de mudança de estado físico, seja qual for a substância pura, apresentará dois patamares que se referem ao ponto de fusão e ao ponto de ebulição da substância.

Essa informação pode ser usada, por exemplo, para determinar se uma substância é sólida, líquida ou gasosa em temperatura ambiente. Por exemplo, o ponto de fusão do fenol é 43ºC e o ponto de ebulição é 182,0ºC. Então, o seu diagrama de mudança de estado físico é dado por:

Diagrama de mudança de estado físico do fenol
Diagrama de mudança de estado físico do fenol

A temperatura ambiente é cerca de 25 ºC, ou seja, no diagrama acima, está entre 0ºC e 43ºC, que é quando o fenol está no estado sólido. Isso significa que, em temperatura ambiente, o fenol é sólido.

No caso de misturas de duas ou mais substâncias, o diagrama de mudança de estado físico não apresenta esses dois patamares, pois as mudanças de estado físico das misturas não ocorrem com a temperatura constante, mas sim em faixas de temperatura, porque, à medida que passa para outro estado físico, a composição da mistura muda.

Assim, o diagrama de mudança de estado físico das misturas é parecido com o mostrado a seguir:

Diagrama de mudança de estado físico de misturas
Diagrama de mudança de estado físico de misturas

Veja que as temperaturas de fusão e ebulição começam em um valor e terminam em outro.

As únicas exceções são as misturas eutéticas e azeotrópicas. Saiba o que são essas misturas e como fica o seu gráfico de mudança de estado físico clicando aqui!


Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

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por Jennifer

01 Nov 2014

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