Experimentalmente foi verificado que quando há variação de pressão sobre uma determinada substância, a temperatura na qual ela muda de fase sofre alterações. Sendo assim, é preciso sempre lembrar que o gelo se funde a 0 ºC e a água entra em ebulição a uma temperatura de 100 ºC, quando a pressão local é de 1 atmosfera.
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Consequentemente, qual a influência da pressão atmosférica na temperatura de fusão e ebulição?
O aumentando da pressão sobre substâncias que tem seu volume expandido quando aquecidas corresponde a um aumento em suas temperaturas de fusão e ebulição. Experimentalmente, observa-se que a mudança de pressão exercida sobre uma substância implica na mudança de temperatura de fusão e ebulição. Qual a relação entre pressão de vapor e ponto de ebulição? Quanto maior a temperatura, maior será a pressão de vapor, porque a elevação da temperatura favorece a evaporação do líquido. Isso explica o fenômeno da ebulição.
Ali, o que ocorre com a temperatura durante a ebulição de uma substância pura?
Da mesma forma que ocorre na fusão, existe uma temperatura (ponto de ebulição) em que uma determinada substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Para que isso ocorra é necessário que a substância receba calor. Durante toda a mudança de fase, a temperatura permanece constante. Em relação a isto, o que ocorre com as moléculas da água quando esta é aquecida? Quando uma substância é aquecida, ela recebe energia de forma que suas moléculas ficam agitadas, passando a ocupar um maior volume, ou seja, sofre dilatação.
A respeito disto, porque a temperatura de fusão permanece constante?
Isso porque no processo de ebulição, quanto menor é a pressão, menor é o seu ponto de ebulição. Assim, quanto mais baixa for a pressão do sistema, menor será o ponto de ebulição e vice-versa. Diante de pressão uniforme e constante a temperatura durante todo o processo da substância líquida também permanece constante. Também, o que significa manter a temperatura constante? "Nesta videoaula de física sobre as Leis da Termodinâmica, mostramos que em uma transformação isotérmica, que é aquela na qual a temperatura é mantida constante, o calor trocado pelo gás com o meio exterior é igual ao trabalho realizado no mesmo processo.
Posteriormente, que nome tem uma mistura com temperatura de ebulição constante?
Mistura azeotrópica: Ao contrário da mistura eutética, nesse caso, a mistura se comporta como substância pura somente no ponto de ebulição (ou condensação), isto é, a temperatura se mantém constante do início ao fim dessa mudança de estado. Porque a temperatura de ebulição do álcool etílico? Por exemplo, no nível do mar, a água ferve a 100ºC, enquanto o etanol ferve a 78ºC. Isso ocorre porque as forças de atração nas moléculas da água são mais fortes. Dessa forma, dizemos que o álcool é mais volátil que a água, ou seja, tem menor temperatura de ebulição.
Por que o álcool evapora mais rápido do que a água?
Por exemplo, se compararmos o álcool etílico com a água, é possível notar que o álcool evapora mais rapidamente, já que tem maior pressão de vapor, por isso podemos dizer que ele é mais volátil que a água.
As mudanças de estado físico incluem fusão, vaporização, solidificação, liquefação ou condensação e sublimação.
Conforme explanado no texto Estados Físicos da Matéria, os três estados físicos ou de agregação básicos da matéria são sólido, líquido e gasoso. Eles diferenciam-se exatamente pela organização das suas partículas constituintes, ou seja, por sua agregação, se estão próximas ou afastadas umas das outras.
No estado sólido, as partículas encontram-se mais juntas; no estado líquido, possuem maior liberdade de movimentação; e, no estado gasoso, estão bem afastadas umas das outras. Todas as substâncias podem ser encontradas nesses três estados físicos, a depender apenas de duas grandezas: a temperatura e a pressão. Alterando essas duas grandezas, podemos mudar o estado de agregação das substâncias.
A temperatura e a pressão atuam de formas contrárias, enquanto o aumento da temperatura faz com que as moléculas afastem-se, o aumento da pressão faz com que elas fiquem mais próximas umas das outras.
Um exemplo é a solubilidade do gás dióxido de carbono usado nos refrigerantes. No momento da fabricação, uma pressão muito grande e temperaturas baixas são aplicadas para que o gás passe para o estado líquido, solubilizando-se. Quando abrimos a tampa do refrigerante, o gás sai mais rapidamente porque diminuímos a pressão. Além disso, quanto maior estiver a temperatura, também maior será a velocidade de saída do gás.
Mas considerando a pressão atmosférica normal, que é ao nível do mar e igual a 1 atm ou 760 mmHg, para mudarmos os estados físicos das substâncias, é preciso haver apenas um aumento ou diminuição da temperatura.
Considere um cubo de gelo a -20 ºC sob pressão de 1 atm, por exemplo. As suas moléculas estão bem unidas e é por isso que sua estrutura é rígida, apresentando volume e formato definidos. Mas se quisermos passar esse gelo para o estado líquido, é necessário que suas moléculas separem-se mais. Para tal, é preciso introduzir energia ao sistema, de modo que ela possa “vencer” as forças intermoleculares existentes entre as moléculas de água, que estão unidas por ligações de hidrogênio, que são bastante intensas.
Estrutura das moléculas de gelo
Se aquecermos o sistema, a temperatura aumentará gradativamente até atingir o ponto de fusão ou temperatura de fusão. A palavra fusão corresponde à mudança do estado sólido para o líquido, que, no caso da água, ocorre em 0ºC ao nível do mar. Nesse momento, a temperatura permanecerá constante até que todo o gelo passe para o estado líquido, ou seja, vão coexistir os estados sólido e líquido.
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Moléculas de água no estado líquido
Quando tudo tiver passado para o estado líquido, a temperatura continuará aumentando e as moléculas separar-se-ão cada vez mais até atingir o ponto de ebulição. A ebulição é a passagem do estado líquido para o gasoso (ou vapor, no caso da água), de modo uniforme, quando se aumenta a temperatura. Mas existem ainda mais outras duas formas de passagem do estado líquido para o gasoso, que são a evaporação e a calefação. Veja a seguir a diferença entre as mudanças de estado chamadas de vaporização, evaporação, ebulição e calefação:
Tipos de vaporização: evaporação, ebulição e calefação
O ponto de ebulição da água ao nível do mar é 100ºC, e a temperatura permanece constante até que todo o líquido passe para o estado de vapor. Posteriormente, a temperatura do vapor continuará subindo, indo para 101ºC, 102ºC, 103ºC e assim sucessivamente.
Moléculas de água no estado de vapor
O processo inverso ocorre pela diminuição da temperatura do sistema. 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.
Diminuindo ainda mais a temperatura do líquido, ele atinge 0ºC e começa a passar para o estado sólido. Essa mudança do estado líquido para o sólido é denominada solidificação.
Existe ainda outra mudança de estado físico, que é a sublimação. Ela ocorre quando a substância passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso ou vice-versa. Esse fenômeno ocorre com o gelo-seco e com a naftalina, por exemplo.
Resumidamente, temos as seguintes cinco mudanças de estado físico:
Esquema de mudanças de estados
físicos
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Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça