Mudança de fase

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Aula sobre mudança de fase - 2º ano do Ensino Médio

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Mudança de fase

  1. 1. Professor Marco Antonio
  2. 2. Mudançadefase Os estados de agregação da matéria A matéria possui três estados de agregação a serem considerados: sólido, líquido e gasoso
  3. 3. Mudançadefase Os estados de agregação da matéria Sólido • caracterizado por uma elevada força de coesão entre as moléculas, garantindo forma e volume bem definidos. Líquido • a força de coesão entre as moléculas é menos intensa e a substância apresenta volume definido, mas forma variável (do recipiente). Gasoso • as forças de coesão praticamente são inexistentes, fazendo com que nem volume nem forma sejam definidos. Nesse estado, a substância se distribui por todo o espaço disponível.
  4. 4. Mudançadefase Mudança de estado (ou fase) Modificando-se as condições de pressão e/ou temperatura, pode haver a passagem de um estado de agregação para outro.
  5. 5. Mudançadefase Mudança de estado (ou fase) Vaporização • passagem de uma fase líquida para a gasosa. •transformação inversa é a liquefação ou condensação Fusão • passagem de uma fase sólida para líquida. • transformação inversa é a solidificação. Sublimação • passagem diretamente da fase sólida para a gasosa. As principais mudanças de fase são:
  6. 6. Mudançadefase Tipos de vaporização  Evaporação: processo espontâneo e lento que ocorre na superfície do líquido, independente da temperatura. Por exemplo, roupas estendidas em um varal, suor do corpo, superfícies de lagos.
  7. 7. Mudançadefase Tipos de vaporização
  8. 8. Mudançadefase Tipos de vaporização  Ebulição: processo no qual há formação tumultuosa de bolhas, ocorrendo em toda massa líquida. A ebulição se verifica a uma determinada temperatura (temperatura de ebulição) que depende da pressão exercida sobre a superfície do líquido. Por exemplo, a água entra em ebulição a 100ºC, sob pressão normal (1 atmosfera).
  9. 9. Mudançadefase Tipos de vaporização  Calefação: é uma vaporização forçada, pois realiza-se a uma temperatura acima do ponto de ebulição. Nesses casos, o líquido vaporiza antes de atingir a superfície da chapa.
  10. 10. Mudançadefase Tipos de vaporização A transformação inversa da vaporização é a liquefação ou condensação.
  11. 11. Mudançadefase Fusão É a passagem de uma fase sólida para líquida. A transformação inversa da fusão é a solidificação.
  12. 12. Mudançadefase Regelo – uma anomalia O Regelo é um fenômeno segundo o qual algumas substâncias, quando submetidas a determinada pressão, fundem-se e voltam a solidificar-se quando a pressão extra é removida.
  13. 13. Mudançadefase Regelo – uma anomalia Mais do que devido à pressão exercida pelos patins, o gelo da pista derrete à passagem dos patinadores por efeito do atrito que aquece a região de contato com a lâmina do patim.
  14. 14. Mudançadefase Regelo – uma anomalia Porém, o regelo é um dos motivos de haver deslizamento de neve acumulada no alto das montanhas: o peso aumenta a pressão na base, provocando a fusão da massa de gelo.
  15. 15. Mudançadefase Sobrefusão ou Superfusão A sobrefusão é o fenômeno que consiste em uma substância encontrar-se no estado líquido numa temperatura abaixo da sua temperatura de solidificação.
  16. 16. Mudançadefase Sobrefusão ou Superfusão
  17. 17. Mudançadefase Exemplo de aplicação ER2- Sabe-se que uma amostra de 60g de água está super-resfriada, na temperatura de -4ºC. Ao ser perturbada, uma parte da amostra se transforma em gelo. Dados: calor específico da água cágua = 1 cal/gºC e o calor latente de fusão do gelo Lfusão = 80 cal/g. Calcule: a) a quantidade de água em sobrefusão que se solidifica; b) a porcentagem da água congelada.
  18. 18. Mudançadefase Sublimação Sublimação é a passagem diretamente da fase sólida para a gasosa. Exemplos: naftalina e gelo seco (CO2). A sublimação inversa é também denominada cristalização e acontece quando uma substância passa diretamente da fase gasosa para a sólida.
  19. 19. Mudançadefase Influência da Pressão  Quando um corpo se funde, de modo geral, ele aumenta de volume. Para uma substância que tenha esse comportamento, observa-se que um aumento na pressão exercida sobre ela acarreta um aumento em sua temperatura de fusão (e, consequentemente, em sua temperatura de solidificação).  A vaporização ocorre graças à fuga de partículas através da fronteira líquido-gás; assim, um aumento na pressão acarreta um aumento na temperatura de ebulição, pois uma pressão mais elevada tende a dificultar a vaporização, literalmente empurrando as partículas de volta à superfície do líquido. E por conta desse fenômeno que foram desenvolvidas as panelas de pressão.
  20. 20. Mudançadefase Algumas observações importantes  Lei da mudança de fase: Sob pressão constante, durante a mudança de fase a temperatura permanece constante.  Calor latente (L): Numericamente é a quantidade de calor que a substância troca (ganha ou perde), por unidade de massa, durante a mudança de estado, mantendo-se constante a temperatura.  Experimentalmente, verificamos que a fusão e a vaporização são processos endotérmicos, ou seja, consomem calor. Já a liquefação e a solidificação são processos exotérmicos, ou seja, cedem calor.
  21. 21. Mudançadefase Diagrama de fases Cada um dos diagramas de fases é composto de três curvas e representa as fases da matéria termodinamicamente em função da pressão e da temperatura.
  22. 22. Mudançadefase Diagrama de fases Trecho 1 - Curva de fusão ou solidificação: é a curva que separa o estado sólido do líquido. Cada ponto dela corresponde ao estado de coexistência das fases sólida e líquida. Um material que apresente condições de pressão e temperatura sobre esse trecho estará em fusão ou solidificação.
  23. 23. Mudançadefase Diagrama de fases Trecho 2 - Curva de vaporização ou condensação: é a curva que separa os estados líquido e gasoso. Em cada ponto dela coexistem as fases líquida e gasosa. Sob essa condição de pressão e temperatura a substância estará em vaporização ou condensação.
  24. 24. Mudançadefase Diagrama de fases Trecho 3 - Curva de sublimação ou ressublimação (sublimação inversa): é a curva que separa diretamente o estado sólido do gasoso, sem passar pelo estado líquido, na qual coexistem as fases sólida e gasosa da substância. Nesse trecho há a sublimação ou a ressublimação.
  25. 25. Mudançadefase Diagrama de fases Os dois pontos destacados no diagrama de fases representam, respectivamente:  o ponto triplo (PT), que indica a pressão pT e temperatura T da substância em que coexistem os três estados físicos em equilíbrio;  o ponto crítico (Pc), que indica a temperatura crítica C de uma substância além da qual o estado gasoso é chamado de gás e não mais de vapor. A pressão correspondente à temperatura crítica é a pressão de vapor do ponto crítico, também chamada pressão crítica (pc).
  26. 26. Mudançadefase Diagrama de fases
  27. 27. Mudançadefase Observações • Vapor é a substância na fase gasosa a uma temperatura igual ou inferior à temperatura crítica. O vapor pode ser condensado (transformado em líquido) ou cristalizado (transformado em sólido) por aumento de pressão, mantida constante a temperatura (Figura); • Gás é a substância na fase gasosa a uma temperatura superior à temperatura crítica. Mantida constante a temperatura, o gás não pode ser condensado por aumento de pressão.
  28. 28. Mudançadefase Aplicação ER3. No diagrama de fases da figura, a linha azul representa a curva de fusão ou solidificação de certa substância pura. a) Em que fase se encontra a substância nos pontos A, B, C e D b) Descreva as transformações experimentadas quando a substância passa do ponto A para os pontos B, C e D, respectivamente. c) O que deveria acontecer, se a mudança fosse do ponto D ao ponto A?
  29. 29. Mudançadefase Aplicação ER4. A figura a seguir representa o diagrama de fases, fora de escala, da substância água pura. Considere que 100 g de água recebam calor, sofrendo uma transformação, sob a pressão constante de 1 atm. a) o que ocorre nos pontos A, B, C, D e T; b) o valor da temperatura D; c) a quantidade de calor que a água necessita receber na transformação do ponto A até o ponto C. Dados: • o calor específico do gelo: cgelo = 0,5 cal/g°C; • o calor específico da água: cágua = 1,0 cal/g°C; e • o calor latente de fusão do gelo: LF = 80 cal/g, determine:
  30. 30. Mudançadefase Aplicação ER5. Aquece-se uniformemente um recipiente contendo 500 g de gelo a 0 °C, derretendo-o completamente. Supondo que todo calor tenha sido usado apenas para a fusão do gelo e considerando o calor latente de fusão do gelo LF = 80 cal/g, calcule a quantidade de calor necessária para derreter todo o gelo.
  31. 31. Mudançadefase Aplicação O diagrama de fases apresentado abaixo é de uma substância hipotética. a) Em que fase a substância se encontra quando sob pressão de 300 mm Hg e à temperatura de 10ºC? b) Em que fase a substância se encontra quando sob pressão de 300 mm Hg e à temperatura de 30ºC? c) Qual é o nome da mudança de fase que ocorre quando a substância passa de B para A?
  32. 32. Mudançadefase Aplicação O diagrama de fases apresentado abaixo é de uma substância hipotética. d) Qual é o nome da mudança de fase que ocorre quando a substância passa de D para E? e) Em que fase a substância não poderá se encontrar se estiver submetida a uma pressão inferior à do ponto triplo T? f) Sendo C o ponto crítico, é possível liquefazer a substância, por meio de uma compressão isotérmica, estando à temperatura de 70ºC?
  33. 33. Mudançadefase Aplicação Resolução: a) Sólida: corresponde ao ponto A do diagrama b) Líquida: corresponde ao ponto B do diagrama c) Solidificação: a substância passa do estado líquido para o estado sólido. d) Liquefação ou Condensação: a substância passa do estado gasoso para o estado líquido e) A substância não poderá estar na fase Liquida f) Para θ > θc, a substância (gás) não se liquefaz por compressão isotérmica.
  34. 34. Mudançadefase Aplicação (FMABC-SP) O gráfico representa o diagrama de fases do “gelo seco”. PT e PC representam, respectivamente, ponto triplo e ponto crítico da substância. Analise este diagrama e assinale a alternativa correta. a) Acima de 31 ºC, a substância apresenta-se no estado gasoso. b) É possível liquefazer o gás apenas aumentando a temperatura de - 56,6 ºC para 31 ºC. c) A substância apresenta-se no estado sólido para valores de pressão acima de uma atmosfera. d) A substância apresenta-se sempre no estado líquido para a temperatura de 20 ºC. e) A substância apresenta-se em mudança de estado para a pressão de 5,1 atm e temperatura de -10 ºC. X
  35. 35. Mudançadefase Aplicação É dado o diagrama de fases de uma substância pura. Responda às questões. a) Que mudança de fase ocorre quando a substância passa do estado D para o estado E? b) Que mudança de fase ocorre quando a substância passa do estado E para o estado G? c) Qual o significado físico do ponto B no diagrama? d) Sob pressão normal (1 atm) e à temperatura ambiente de 18 °C, em que fase se encontra a substância?
  36. 36. FIM www.netfisica.com

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