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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 2ª Ano Diagrama de fase

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Diagrama de fases, material de apoio para salad de aula

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física

Ensino Médio, 2ª AnoDiagrama de fase

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FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Estuda as fases em que uma substância pura pode se apresentar, de acordo

com as condições de pressão e de temperatura a

que está submetida.

A neblina que se observa na foto resulta da

transformação do vapor d’água em gotículas de

água.Imagem: Autor Simon Johnston / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic

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SólidoSólido LíquidoLíquido GasosoGasoso

FusãoFusão VaporizaçãoVaporização

CondensaçãoCondensaçãoSolidificaçãoSolidificação

SublimaçãoSublimação

SublimaçãoSublimação

EndotérmicaEndotérmica

ExotérmicaExotérmica

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

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FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

A fase em que uma substância se encontra depende de suas condições de pressão e temperatura, podendo também estar

num estado que corresponda ao equilíbrio entre duas fases ou mesmo entre as três fases.

Representando os diferentes estados da substância num gráfico do tipo p x t, obtém-se o denominado Diagrama de

Fases da Substância.

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pressão (atm)

temperatura(ºC)

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pressão (atm)

temperatura(ºC)

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Tipos de curvasTipos de curvas11

22

33TT

Curva de fusão (1)

Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e líquida. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

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Ponto Crítico PC (ponto superior da curva 2)

Acima da temperatura, a substância encontra-se na fase gasosa (gás) e não pode ser liquefeita, independente da sua pressão.

Ponto triplo ou tríplice (T)

Estado comum às três curvas; é representativo do equilíbrio entre as três fases da substância.

Curva de sublimação (3)

Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

Curva de vaporização (2)

Delimita as regiões correspondentes às fases líquida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

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PressãoPressão

00

Substância que aumenta o volume quando aquecida.Substância que aumenta o volume quando aquecida.

SólidoSólido

VaporVapor

LíquidoLíquido

GásGásCurva de

Sublimação

Cur

va d

e F

usão

Curva de

VaporizaçãoPPTT

PPCC

- 56,6- 56,600CC TemperaturaTemperatura

COCO22

5 atm5 atm

31 31 00CC

73 atm73 atm

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PressãoPressão

00

Substância que reduz o volume quando aquecida.Substância que reduz o volume quando aquecida.

SólidoSólido

VaporVapor

LíquidoLíquido

GásGásCurva de

Sublimação

Cur

va d

e

Fus

ão

Curva de

Vaporização

PPTT

PPCC

0,01 0,01 00CC TemperaturaTemperatura

HH22OO

4,58 mmHg4,58 mmHg

374 374 00CC

218 atm218 atm

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

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PressãoPressão

00 TemperaturaTemperatura

AA

FF

EE

BB

CC

GG

DD

Dado o diagrama de fases de uma substância, pergunta-se:

Que mudança de fase ocorre quando a substância passa do estado A para o estado B e quando passa do estado B para o estado C?

SólidoSólido

VaporVapor

LíquidoLíquido

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No diagrama de fases da água:

760

tA tB

Pressão (mmHg)

t (°C)

As temperaturas tA e tB são, respectivamente:

a) pontos normais de fusão e ebulição.

b) pontos normais de ebulição e fusão.

c) pontos de sublimação e fusão.

d) pontos de ebulição e sublimação.

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Pela análise do diagrama de fases do dióxido de carbono

e da água, observa-se que a temperatura de fusão (e de

solidificação) depende da pressão a que a substância

está submetida.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Contudo, a influência da pressão sobre o ponto de fusão

não se dá do mesmo modo para as duas substâncias

estudadas.

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P (atm)

t (ºC)

1. SUBSTÂNCIAS QUE SE DILATAM NA

FUSÃO

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Sólido

Líquido

É o que acontece na

maioria das substâncias

e corresponde ao

comportamento do CO2.

O aumento da pressão

faz aumentar a

temperatura de fusão.

T

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O Físico irlandês John

Tyndall (1820 -1893)

descreveu e documentou o

experimento do regelo. Ele

consiste em pendurar um fio

de metal fino, com pesos

adequados nas pontas, sobre

um bloco de gelo a uma

temperatura inferior a 0 ºC.

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Pelo diagrama de fases vemos que a temperatura de ebulição

de um líquido depende da pressão exercida sobre ele.

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Para qualquer

substância, se a pressão

externa aumentar, o

líquido ferverá numa

temperatura mais

elevada.

5

4

3

2

1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Temperatura em ºC

Pre

ss

ão

(a

tm)

DIAGRAMA DE FASE DA ÁGUA

Líquido

Vapor

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A temperatura que a água ferve depende da altitude.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

A água, em particular, ferve a 100 ºC ao nível do mar, onde a

pressão atmosférica é normal (1 atm). Em maiores altitudes, a

ebulição da água ocorre em temperatura mais baixas, porque a

pressão atmosférica é menor.

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87 0C

Recife (nível do mar) 100 0C

São Paulo (760m) 98 0C

Brasília (1.170m) 96 0C

Quito (2.850m) 90 0C

La Paz (3.700m)

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No interior de uma panela de pressão, a água está sujeita a uma

pressão maior que uma atmosfera (1 atm) e, por isso, ferve a

uma temperatura superior a 100 ºC. Em consequência, os

alimentos cozinham em menos tempo.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Aut

or d

esco

nhec

ido

/ dis

poni

biliz

ado

por

Wik

inau

t / G

NU

Fre

e D

ocum

enta

tion

Lice

nse

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Temos um líquido que se encontra em um

recipiente fechado e que entre o líquido e a tampa do recipiente

tem vácuo.

Temos um líquido que se encontra em um

recipiente fechado e que entre o líquido e a tampa do recipiente

tem vácuo.

VÁCUO0 mmHg

a20ºCÁGUA

17,5 mmHga

20ºCÁGUA

TEMPO

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• A pressão que o vapor exerce no equilíbrio líquido-vapor denomina-

se PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR

• Inicialmente o líquido evapora rapidamente e, depois que essa

evaporação vai diminuindo, até ficar constante.

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17,5 mmHga

20ºCÁGUA

442 mmHga

20ºCÉTER

NATUREZA DO LÍQUIDO

Líquidos MAIS VOLÁTEIS possuem

MAIOR PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR

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26 mmHga

27ºCÁGUA

79 mmHga

47ºCÁGUA

TEMPERATURA EM QUE SE ENCONTRA O LÍQUIDO

Como a formação dos vapores é um fenômeno endotérmico,

um aumento de temperatura favorece a sua formação, aumentando, assim,

a pressão máxima dos vapores.

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Levando em conta que a pressão máxima de vapor

corresponde ao equilíbrio líquido-vapor da substância, a

curva das pressões máximas de vapor, no DIAGRAMA DE

FASES, é a curva de VAPORIZAÇÃO.

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p

Vapor

Líquido

p1

L+V

0 1

p2

2 E

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Tendo em vista o momento em que um líquido se encontra em equilíbrio com seu vapor, leia as

afirmações a seguir:

I. A evaporação e a condensação ocorrem com a mesma velocidade.

II. Não há transferência de moléculas entre o líquido e o vapor.

III. A pressão de vapor do sistema se mantém constante.

IV. A concentração do vapor depende do tempo.

Das afirmações citadas, são FALSAS:

a) I e III. b) II e IV. c) II e III.

d) I e II. e) III e IV.

V

F

V

F

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No endereço eletrônico http://www.galileo.fr.it/marc/termologia_e_termodinamica/diagrama_equilibrio/hplab.htm

, você poderá, por meio de uma simulação, verificar em que fase uma substância se encontra conforme o valor da

pressão e da temperatura.

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Imag

em: A

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Objetivo: reproduzir a experiência do regelo de Tyndall.

Material:

- bloco de gelo a cerca de -1ºC;

- 2 suportes de madeira;

-1 fio fino de arame;

-2 pesos de 500 g.

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Procedimentos

- Coloque o bloco de gelo apoiado sobre os dois suportes de madeira, de modo que a parte central fique livre.

- Em seguida, prenda os pesos nas extremidades do fio de arame e passe esse fio sobre o bloco, deixando os pesos pendentes.

- Depois, verifique se há alguma modificação visível na região do gelo atravessada pelo arame.

- Por fim, explique por que o fio atravessa o gelo e este permanece íntegro.

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• JUNIOR, Francisco Ramalho. Os fundamentos da Física. Vol. 2. 9.ed. rev. e ampl. São Paulo: Moderna, 2007.

• TORRES, Carlos Magno A. Física – Ciência e Tecnologia. Vol 2. 2.ed. São Paulo: Moderna, 2010.

• Site: http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br

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Tabela de Imagens

n° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto

link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso

2 Autor Simon Johnston / Creative Commons

Attribution-Share Alike 2.0 Generichttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Knapps_and_Knapps_Loch_Area_-_geograph.org.uk_-_100108.jpg

03/09/2012

18 Autor desconhecido / disponibilizado por Wikinaut / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pressure_cooker.jpg

03/09/2012

24 Autor Jakub Steiner / disponibilizado por Boukeas / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gorilla-thinclient.svg

03/09/2012