MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO E DIAGRAMAS

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OI !

Nas postagens anteriores vimos que existem três estados de agregação da matéria: 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.

Para estudar os diagramas de passagem de estado, vamos considerar a pressão como 1atm ou 760 mmHg que é a pressão ao nível do mar.

Assim, será a alteração da temperatura que vai influenciar na mudança de estado.

Um cubo de gelo, a -20°C , é retirado do freezer e colocado na temperatura ambiente. O que vai ocorrer?

Estrutura das moléculas de gelo
as moléculas, no gelo, estão fortemente agregadas, não possibilitando nenhum movimento. imagem: manualdaquimica.com

Para vencer essa barreira, da força que une as moléculas no gelo, é preciso ENERGIA. E ela vem do aumento da temperatura. Você percebe que o gelo começa a derreter, até ficar uma poça líquida.

Moléculas de água no estado líquido
água no estado líquido- moléculas mais separadas, com movimento- imagem:manualdaquimica

Se houver um aumento de temperatura nessa poça de água, ela vai vaporizar, ou seja, as moléculas vão receber energia suficiente para passarem do estado líquido para o vapor.

Moléculas de água no estado de vapor
Moléculas de água no estado de vapor- estão bem ativas, com grande movimentação. imagem: manualdaquimica.com

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
As passagens de estado- imagem: manualdaquimica.com

Agora, como colocar essas informações em um gráfico?

IMPORTANTE : TODA PASSAGEM DE ESTADO OCORRE SEM ALTERAÇÃO DA TEMPERATURA! GELO DERRETE A 0°C , E ENQUANTO HOUVER GELO, A TEMPERATURA É 0°C !

Diagrama de mudança de estado físico da água
Observe: O primeiro gráfico é de aquecimento e tem dois patamares que indicam que a substancia em questão é uma substancia pura. Somente as substancias puras tem pontos de fusão E ebulição constantes, não há alteração na temperatura, durante as passagens de estado. O segundo gráfico é de resfriamento e a mesma coisa acontece: durante a passagem de vapor para líquido e de líquido para sólido há patamares de temperatura, que permanecem constantes. imagem: manualdaquimica.com

E se for uma mistura, de duas ou mais substancias???

Nesse caso, o gráfico não apresenta patamares de mudança de estado. A temperatura modifica o tempo todo:

Diagrama de mudança de estado físico de misturas
Não há formação de patamares- a temperatura varia, porque cada substancia da mistura tem uma temperatura de fusão e ebulição diferentes….

E Agora, duas misturas importantes:

MISTURAS EUTÉTICAS= SÃO AQUELAS QUE POSSUEM PONTO DE FUSÃO CONSTANTE!

Gráfico de mudança de estado físico das misturas eutéticas
Na fusão, a temperatura permanece constante, mas isso não significa que é uma substancia pura, porque na passagem de líquido para vapor, a temperatura varia. imagem:manualdaquimica.com

Um exemplo de mistura eutética é a solda — liga metálica formada por exatamente 62% de estanho e 38% de chumbo. Nessas proporções, a solda possui ponto de fusão igual a 183ºC.

MISTURAS AZEOTRÓPICAS= SÃO AQUELAS QUE POSSUEM O PONTO DE EBULIÇÃO CONSTANTE !

Gráfico de mudança de estado físico das misturas azeotrópicas
Nesse caso, o ponto de fusão varia, mas o de ebulição é constante. Da mesma forma, não se pode considerar uma substancia pura, se há alteração da temperatura na fusão. imagem: manualdaquimica.com

Um exemplo é o álcool a 96%, ou seja, com 96% de etanol e 4% de água. O ponto de ebulição dessa mistura é exatamente 78,1ºC.

Nos gráficos, o eixo x corresponde ao tempo, e o eixo y , corresponde à temperatura.

COMO UTILIZAR EM EXERCÍCIOS:

1- O gráfico abaixo representa a variação de temperatura observada no aquecimento de uma determinada substância:

Diagrama de mudança de estado de agregação de determinada substância

Relacione as colunas com informações a respeito do gráfico em questão:

Coluna 1:

  1. Faixa de temperatura em que a substância permanece sólida;
  2. Faixa de temperatura em que a substância permanece totalmente líquida;
  3. Temperatura de ebulição;
  4. Temperatura de fusão;
  5. Tempo que a fusão demora;
  6. Tempo em que a substância permanece líquida.

Coluna 2:

( ) 10 minutos.

( ) 20 ºC.

( ) Entre 10 a 20 ºC.

( ) 20 minutos.

( ) Entre 20 a 40 ºC.

( ) 40ºC.

RESPOSTA:

(V) 10 minutos.

(IV) 20 ºC.

(I) Entre 10 a 20 ºC.

(VI) 20 minutos.

(II) Entre 20 a 40 ºC.

(III) 40ºC.

2-(UNICAMP/2018) Icebergs flutuam na água do mar, assim como o gelo em um copo com água potável. Imagine a situação inicial de um copo com água e gelo, em equilíbrio térmico à temperatura de 0°C. Com o passar do tempo o gelo vai derretendo. Enquanto houver gelo, a temperatura do sistema:

a) permanece constante, mas o volume do sistema aumenta.
b) permanece constante, mas o volume do sistema diminui.
c) diminui e o volume do sistema aumenta.
d) diminui, assim como o volume do sistema

RESPOSTA:A temperatura permanece constante até que todo o gelo derreta. Porém o volume diminuirá. O gelo é menos denso que a água, um dos raros casos na natureza em que a forma sólida do elemento é menos densa que a forma líquida. Nesse caso, para uma mesma massa de água, o gelo ocupará mais volume que a água líquida. Portanto, ao derreter, o gelo passará a ocupar menor volume, diminuindo o volume total do sistema.

Pesquisa: manualdaquimica.com ; vestibulandoweb.com.br ; brasilescolauol.com.br

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