Mudanças de fase 03

MUDANÇAS DE FASE

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ESTADOS FÍSICOS DA MATERIA

ESTADOS FÍSICOS DA MATERIA

SÓLIDO GÁSLÍQUIDO

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TIPOS DE SÓLIDOS

Cristalinos

Amorfos

As moléculas estão dispostas regularmente, formando um cristal

As moléculas não estão dispostas regularmente.

Sua fratura é regular.

Sua fratura não é regular.

Exemplos:sal e açúcar

Exemplo:vidro

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ESTADO DE PLASMAESTADO DE PLASMA

É considerado o quarto estado da matéria. É um estado que é atingido com temperaturas e pressões extremamente altas. É um gás ionizado. A grande quantidade de energia faz com que as colisões entre os elétrons sejam tão violentas que eles se separam dos núcleos. É o estado mais abundante do Universo.

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MUDANÇAS DE FASE

aumento de temperatura e/ou diminuição de pressão

diminuição de temperatura e/ou amento de pressão

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LEIS DAS MUDANÇAS DE FASE

1ª Lei: A uma dada pressão, a temperatura na qual uma substância pura muda de fase é típica da substância.

Substância      Ponto de fusão (ºC) (1 atm de pressão)Gelo                       0    Chumbo                 327Prata                     960    Ouro                     1063Ferro                    1563Platina                  1765    Cobre                   18032ª Lei: Durante a mudança de fase, mesmo recebendo ou cedendo

calor, uma substância pura não muda de temperatura.

Se durante a mudança de fase, não há mudança de temperatura, a quantidade de calor envolvida em uma mudança de fase não é uma

quantidade de calor sensível

t.c.mQ

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CALOR LATENTE

Na transformação do gelo em água, embora o gelo esteja recebendo calor, sua temperatura não varia enquanto não se completa a mudança de fase

Na transformação da água em vapor, embora a água esteja recebendo calor, sua temperatura não varia enquanto não se completa a mudança de fase

Essa temperatura invariável é denomiinada de temperatura de mudança de fase.

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Calor latente é a uma quantidade de calor de calor que quanto é fornecida ou retirada de um corpo não provoca mudança na sua temperatura, mas provoca mudança de fase.

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O calor latente L de um material informa a quantidade de calor que uma unidade de massa desse material precisa receber ou perder exclusivamente para mudar de estado de agregação. A quantidade de calor necessária para uma certa mudança de fase é determinada através da seguinte expressão:

L.mQ

substância Calor latente de fusão (cal/g)

água 80

álcool 25

alumínio 95

cloreto de sódio 124

cobre 49

chumbo 6

enxofre 119estanho 14

substância latente de fusão (cal/g)

ferro 64

hidrogênio 14

mercúrio 2,7

nitrogênio 6,1

ouro 15

Oxigênio 3,3

Prata 21

Zinco 24

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substância Calor latente de vaporização (cal/g)

água 540

álcool 204

cobre 1 288

chumbo 209

enxofre 78

ferro 1 508

Substância Calor latente de vaporização (cal/g)

hidrogênio 108

mercúrio 70

nitrogênio 48

ouro 376

oxigênio 51

prata 559

zinco 475

O calor latente é típico da substância. O calor latente de uma mudança de fase é igual e de sinal contrário ao da mudança de fase contrária: L vaporização da água = 540 cal/g L condensação da água = - 540 cal/g

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CURVA DE FUSÃO DA ÁGUA

ghiaccio

Temperatura (°C)

0 °C

ΔQ(quantidade de calor fornecida)

Ruptura térmica

ghiaccio + acqua acquagelo

gelo + água

água

ΔQ2 = m.Lfusão

ΔQ1= m.c gelo .Δt

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Temperatura (°C)

100 °C

CURVA DE VAPORIZAÇÃO DA ÁGUA

Ruptura térmica

ΔQ (quantidade de calor fornecida)

acqua água

acqua + vapore água + vaporvapore vapor

ΔQ2 = m.LvaporizaçãoΔQ1= m.c

água .Δtwww.fisicaatual.com.br

Calor cedido ( kJ/mol)

Tem

pera

tura

(0 C)

gelo

água

vapor

aquecimento do gelo

0,941 kJ/mol

fusão6,02 kJ/mol aquecimento do gelo +

água0,941 kJ/mol

água vaporizando40,7 kJ/mol

vapor sendo aquecido0,904 kJ/mol

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temperatura de fusão

temperatura de ebulição

Temperatura (°C)

CURVA DE CONDENSAÇÃO DA ÁGUA

liquido + vapore

liquido

vapore

100°C

ΔQ(quantidade de calor)

líquido + vapor

vapor

líquido

ΔQ2 = m.LcondensaçãoΔQ1= m.c vapor .Δt ΔQ3= m.c líquido .Δt

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T1

T2

Liga metálica

T°C

calor

sólidosólido

+ líquido

líquido

Apenas as substâncias puras mantém a temperatura constante durante a mudança de fase.

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1063°

T°C

calor

sólido

sólido +

líquido

líquido

Metal puro

A vaporização pode ocorrer de três formas distintas:

Evaporação: é a vaporização lenta que ocorre a qualquer temperatura e somente na superfície do líquido. Ex.: evaporação dos rios, secagem de roupa, etc...

Evaporação: é a vaporização lenta que ocorre a qualquer temperatura e somente na superfície do líquido. Ex.: evaporação dos rios, secagem de roupa, etc...

Ebulição: é a vaporização rápida e tumultuada que ocorre somente a uma dada temperatura (ponto de ebulição) e em todo o líquido ao mesmo tempo. 

Ebulição: é a vaporização rápida e tumultuada que ocorre somente a uma dada temperatura (ponto de ebulição) e em todo o líquido ao mesmo tempo. 

Calefação: é a vaporização mais rápida e tumultuada que ocorre quando uma pequena quantidade do líquido entra em contato com uma grande quantidade de calor. Ex.: pingo de água em uma chapa quente.. 

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Quando colocamos uma panela com água fria no fogo, o calor que ela recebe faz as moléculas da água se moverem mais depressa, de modo que a temperatura da água sobe. Após algum tempo, a água começa a ferver, bolhas se formam nela e vêm para a superfície, e a temperatura permanece constante.Se aumentarmos o fogo, a água ferverá mais depressa, porém, sua temperatura não aumentará. Após começar a ebulição nunca aumente o gás para cozinhar o alimento mais depressa. Você desperdiçará gás.A água em ebulição forma bôlhas porque a pressão do vapor da água é igual à pressão na superfície do líquido. Se aquela pressão fosse menor, as bôlhas não se formariam. Nós definimos o ponto de ebulição de um líquido como a temperatura em que a pressão de vapor é igual à pressão sobre o líquido.Líquidos que se evaporam ràpidamente à temperatura ambiente têm pontos de ebulição baixos. À pressão atmosférica padrão, a água ferve a 100ºC, o álcool etílico a 78,5% o ar líquido a -190º e o hélio a -269ºC, isto é, quase 4 graus acima do zero absoluto.

EBULIÇÃO

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Pressão atmosférica

A pressão exercida pelas moléculas de vapor que se chocam com as paredes da bolha

Pressão atmosférica

contra pressão interna.

A água ferve a 100 ° C, pois, a esta temperatura, a pressão de vapor de água torna-se igual a 1 atmosfera: nesta situação, a pressão externa não é mais capaz de destruir as bolhas de vapor que surgem no líquido, que que começa a ferver.

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Força de coesão

As partículas da superfície têm que vencer forças de atração de menor intensidade que as presentes no interior do líquido.

EVAPORAÇÃO

A evaporação se dá apenas na superfície do líquido. As partículas da superfície podem ter energia cinética suficiente para superar as forças de atração que as ligam a outras partículas e tornar-se vapor.

O aumento de temperatura e da área de contato do líquido com o ar, faz com que a velocidade de evaporação aumente. Já o aumento da umidade relativa do ar, diminui a velocidade de evaporação. A velocidade com que o líquido evapora é diferente de líquido para líquido. Com a evaporação, o líquido esfria.

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CALEFAÇÃO

Quando a água em estado líquido encontra uma superfície sólida em alta temperatura, rapidamente a água atinge sua temperatura de ebulição e passa para o estado gasoso. A calefação explica porque um mágico pode impunemente lamber um ferro em brasa: a umidade da língua entra em calefação e impede o contato com o ferro. Do mesmo modo, pode-se impunemente mergulhar, por um instante, a mão num banho de chumbo fundido, cortar com a mão um jato de ferro ou de vidro em fusão; basta que o operador tome o cuidado de umedecer previamente a mão com líquido volátil, água, álcool etc.

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INFLUÊNCIA DA PRESSÃO SOBRE A MUDANÇA DE FASE

Na fusão e solidificaçãoQuase todas as substâncias, ao fundirem, aumentam de volume. No entanto existem algumas exceções, como a água, a prata, o antimônio, o bismuto, que diminuem de volume ao fundirem

Substâncias que aumentam de volume ao fundir: um aumento de pressão aumenta a temperatura de fusão e solidificação.Substâncias que aumentam de volume ao fundir: um aumento de pressão aumenta a temperatura de fusão e solidificação.

Substâncias que diminuem de volume ao fundir: um aumento de pressão diminui a temperatura de fusão e solidificação.Substâncias que diminuem de volume ao fundir: um aumento de pressão diminui a temperatura de fusão e solidificação.

Sob a ação dos pesos, o fio atravessa completamente o bloco de gelo, sem, contudo, dividi-lo em duas partes. Mantida constante a temperatura do bloco, um aumento na pressão sobre o gelo em contato com o fio faz com que este se funda, pois o aumento de pressão diminui a temperatura de solidificação. O fio pode então descer um pouco. Cessada a pressão adicional sobre a água esta volta a solidificar-se, unindo novamente as duas partes do bloco. Isso acontece sucessivamente até que o fio atravesse totalmente o bloco, sem dividi-lo.

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Na ebulição e condensação Todas as substâncias aumentam de volume ao entrar em ebulição. A regra é única: um aumento de pressão causa um aumento na temperatura de ebulição e condensação.

Todas as substâncias aumentam de volume ao entrar em ebulição. A regra é única: um aumento de pressão causa um aumento na temperatura de ebulição e condensação.

Com o aumento de altitude, a pressão atmosférica diminui. Isso causa uma diminuição na temperatura de ebulição e condensação.

Nível do mar = 100 0C

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A pressão padrão, 76 centímetros de mercúrio, a água ferve a 100ºC. Muitas donas de casa usam panelas de pressão que são fechadas com segurança, de modo que a pressão nelas pode chegar até 2 atmosferas. A temperatura numa panela de pressão é cerca de 119ºC e os alimentos podem ser cozinhados duas ou três vezes mais ràpidamente que numa panela aberta.

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Um diagrama de fases mostra a relação entre o estado físico da substância com a temperatura e pressão a que a substância é submetida. O diagrama abaixo é para uma substância que aumenta de volume ao fundir.

DIAGRAMAS DE FASES

Fusão

Ebulição

Fusão

Sublimação

Ponto triplo

CF

CV

CS

CF = curva da fusão: está ocorrendo mudança de fase sólido líquidoCS = curva da sublimação: está ocorrendo mudança de fase sólido vaporCV = curva da vaporização: está ocorrendo mudança de fase líquido vapor

Quando a substância estiver submetida a uma pressão P3 e a uma temperatura T3 , as três fases coexistem em equilíbrio. É o ponto triplo da substância.

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Aumentando a pressão: a temperatura de fusão aumenta; a temperatura de ebulição aumenta.

Diagrama de fases da água (diminui de volume ao fundir):

vapor

Aumentando a pressão: a temperatura de fusão diminui; a temperatura de ebulição aumenta.

Pressão

gelo

água

Temperatura

Ponto triplo

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Substância que diminui de volume ao fundir (exemplo: água):