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Mudanças de Estado Físico

 

Toda a matéria pode passar de um estado para outro.

Ela pode exigir temperaturas extremas ou pressões extremas, mas isso pode ser feito. Às vezes, uma substância não deseja alterar estados.

Você tem que usar todos os seus truques quando isso acontece. Para criar um sólido , você pode ter que diminuir a temperatura por uma enorme quantidade e depois adicionar pressão. Por exemplo, o oxigénio (O2) irá solidificar em -361,8 graus Fahrenheit (-218.8 graus Celsius) à pressão normal.

No entanto, isso irá congelar a temperaturas mais elevadas quando a pressão é aumentada.

Alguns de vocês sabem sobre azoto líquido (N2). É de azoto da atmosfera num líquido forma e tem que ser super frio para ficar um líquido. E se você queria transformá-lo em um sólido, mas não poderia fazê-lo frio o suficiente para solidificar? Pode-se aumentar a pressão numa câmara selada.

Eventualmente você chegar a um ponto em que o líquido se tornou um sólido.

Se você tem água líquida (H 2 O) à temperatura ambiente e você queria que o vapor de água, você pode usar uma combinação de temperaturas elevadas ou baixas pressões para resolver seu problema.

Pontos de Mudança

Mudanças de fase acontecem quando determinados pontos são atingidos. Às vezes um líquido quer tornar-se um sólido. Os cientistas usam algo chamado um ponto de congelação ou ponto de fusão para medir a temperatura à qual um líquido transforma-se em forma de um sólido. Há efeitos físicos que podem alterar o ponto de fusão. A pressão é um desses efeitos. Quando a pressão em torno de uma substância aumenta, o ponto de congelamento e outros pontos especiais também sobem. É mais fácil manter as coisas sólida quando eles estão sob maior pressão.

Geralmente, os sólidos são mais densos do que os líquidos, porque as suas moléculas estão mais juntos.

O processo de congelação compacta as moléculas em um espaço menor.

Há sempre excepções na ciência. A água é especial em muitos níveis. Ela tem mais espaço entre as suas moléculas quando é congelada.

As moléculas de organizar em um arranjo específico que ocupa mais espaço do que quando eles são todos plácida no estado líquido. Porque o mesmo número de moléculas de ocupar mais espaço, água sólido é menos denso do que a água no estado líquido.

QUÍMICA TERMO MUDANÇA DE FASE
Fusão / fusão
Congelando
Vaporização / ebulição
Condensação
Sublimação
Deposição
Sólido para líquido
Líquido para sólido
Líquido para o gasoso
Gas to Liquid
Sólido para o gás
Gás para Sólidos

Mudanças de Estado Físico - Matéria

Mudanças de Estado Físico: sólidos, líquidos, gases e plasma.

Matéria ocorre em quatro estados: sólidos, líquidos, gases e plasma.

Muitas vezes, o estado de matéria de uma substância pode ser alterada por adição ou remoção de energia calorífica a partir dele. Por exemplo, a adição de calor pode derreter o gelo em água líquida e transformar a água em vapor.

Sólidos

Um sólido tem uma forma e um volume definido.
Exemplos de sólidos incluem gelo (água sólida), uma barra de aço e gelo seco (dióxido de carbono sólido).

Líquidos

Um líquido tem um volume definido, mas toma a forma do recipiente.
Exemplos de líquidos incluem água e óleo.

Gases

Um gás não tem nem de um volume determinado, nem uma forma definida.
Exemplos de gases com ar, oxigênio e hélio.
Alguns química textos introdutórios nome sólidos, líquidos e gases como os três estados da matéria, mas textos de nível superior reconhecer plasma como um quarto estado da matéria.

Plasma

O plasma tem nem um volume definido nem uma forma definida.

Plasma é muitas vezes visto na gases ionizados. O plasma é um gás distinto porque possui propriedades únicas. Cargas elétricas livres (não ligados a átomos ou íons) causam plasma ser eletricamente condutivo. O plasma pode ser formado por aquecimento de um gás e ionizante.

As estrelas são feitas de plasma. Relâmpago é plasma. Você pode encontrar plasma dentro de lâmpadas fluorescentes e néon.

Exemplos de mudanças físicas e mudanças químicas

Você está confuso sobre a diferença entre as mudanças químicas e mudanças físicas e como diferenciá-los? Em poucas palavras, uma mudança química produz uma nova substância, enquanto que uma mudança física, não. Um material pode mudar de forma ou formas ao se submeter a uma mudança física, mas não ocorrem reações químicas e sem novos compostos são produzidos.

Exemplos de alterações químicas:

Dissolução de sal em água
Mistura de ácido e base
Digestão dos alimentos

Exemplos de mudanças físicas:

Amassando uma folha de papel
Derretendo um cubo de gelo
Fundição de prata num molde
Quebrando uma garrafa

Mudanças de Estado Físico - Substâncias

As substâncias podem mudar de estado físico (sólido, líquido, gasoso etc) e isso depende principalmente das condições de pressão e temperatura a que estão expostas.

Existem nomes que representam cada uma destas "passagens" entre estados físicos (mudanças de fase), veja abaixo quais são:

Mudanças de Estado Físico

OBS: cada substância possui uma temperatura onde estas mudanças de estado costumam ocorrer (esta temperatura depende da pressão).

A esta temperatura damos o nome de ponto de fusão, ponto de vaporização, ponto de liquefação, ponto de solidificação ou ponto de sublimação, dependendo do fenômeno que estiver ocorrendo.

Mudanças de Estado Físico - Passagem

Passagem de sólido para líquido (fusão)

Imagine se pudéssemos ver as moléculas de gelo (água no estado sólido)

Mudanças de Estado Físico
Molécula de água

No estado sólido as moléculas de H2O estão organizadas na forma de cristais de gelo (as moléculas estão firmemente agrupadas). Vale lembrar que quanto menor a temperatura, menos intensa é a agitação molecular

De repente algo fornece calor a esta estrutura estável de gelo, fazendo com que a agitação térmica das moléculas comece a aumentar gradativamente. Aos poucos as estruturas que formam o cristal de gelo (pontes de hidrogênio) vão se rompendo e o gelo (sólido) começa a "virar" água (líquido). O que está ocorrendo nada mais é que uma mudança de fase.

Com a pressão ambiente, que é de uma atmosfera (1 atm), a temperatura onde o fenômeno acima ocorre é de 0ºC.

Mas este fato não ocorre somente com o gelo. Muitas outras substâncias cristalinas e homogêneas passam por isso, só que não exatamente na mesma temperaturas que a mostrada no exemplo acima. Veja uma tabela com as temperaturas onde ocorre a fusão (passagem do estado sólido para o líquido) em algumas outras substâncias (sempre a pressão ambiente)

Substância Ponto de fusão  (°C)
água 0
álcool -114
alumínio 659
cloreto de sódio 800
cobre 1 083
chumbo 327
enxofre 119

 

Substância Ponto de fusão  (°C)
estanho 232
ferro 1 535
mercúrio -39
nitrogênio -210
ouro 1 063
oxigênio -219
prata 961
zinco 419

Nós sabemos que quem faz a vibração molecular (temperatura) aumentar é o calor recebido de alguma fonte externa (Sol, fogo, resistência elétrica etc).

Vamos então aprender a calcular a quantidade de calor (Q) necessária para que estas mudanças de estado ocorram.

Guarde bem uma coisa:

"Quando a temperatura de uma substância está mudando, ela não pode estar ao mesmo tempo mudando de estado. Por outro lado, quando uma substância está mudando de estado sua temperatura sempre permanecerá constante"

A energia fornecida pela fonte de calor à substância servirá para "quebrar" as ligações que mantinham as moléculas do sólido unidas, e não para aumentar a agitação das mesmas.

Veja na animação abaixo o gráfico da temperatura (T) em função da quantidade de calor (Q) fornecida à substância. Neste exemplo, um bloco de gelo, com temperatura inicial de -5ºC, começou a receber calor de uma fonte de calor.

Mudança de Estado Físico

Note que o calor recebido pelo gelo inicialmente fez com que sua temperatura aumentasse de -5ºC até 0ºC (ponto de fusão do gelo). Isto está representado pela parte A no gráfico. Depois que a temperatura chegou a 0ºC, todo calor recebido serviu para derreter a quantidade de gelo em questão (mudança de fase), por isso a temperatura manteve-se constante. Isto está representado pela letra B no gráfico. Quando o gelo já estava totalmente derretido, ou seja, havia virado água no estado líquido, o calor recebido passou novamente a aumentar sua temperatura, como está representado na parte final do gráfico.

Lembre-se: quando o calor "quebra ligações" entre as moléculas, ocorre a mudança de estado, quando o calor aumenta a agitação das moléculas, ocorre um aumento de temperatura.

Cálculo da quantidade de calor necessária para a mudança de estado

Experimentalmente descobriu-se que, na pressão ambiente, eram necessárias 80 calorias para que 1g de gelo derretesse. Ou seja, se eu quisesse que 1g de gelo mudasse do estado sólido para o líquido eu deveria fornecer ao mesmo 80 calorias.

Deu-se para este número o nome de calor latente de fusão (Lf) do gelo, e verificou-se que outras substâncias possuem valores diferentes para esta grandeza.

"O calor latente de fusão (Lf) de uma substância qualquer é então a quantidade de calor (Q) necessária para que 1g desta substância passe do estado sólido para o estado líquido"

Unidades usadas

Duas unidades costumam ser usadas para representar esta grandeza: a cal/g e o J/g. Esta última pertence ao Sistema Internacional de Unidades (SI).

Veja abaixo uma tabela com valores do calor latente de fusão de várias substâncias:

Substância Calor latente de fusão (cal/g)
água 80
álcool 25
alumínio 95
cloreto de sódio 124
cobre 49
chumbo 6
enxofre 119
estanho 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

A fórmula usada para resolver problemas que envolvam mudanças de estado é a seguinte:

Mudanças de Estado Físico

Q = quantidade de calor perdida ou recebida pelo corpo (em calorias)
m = massa do corpo (em gramas)
L = calor latente da substância (cal/g)

Obs: As unidades sugeridas acima são as mais comuns.

Importante

Estudamos agora o caso da fusão. A solidificação, que é a passagem do estado líquido para o sólido (processo inverso da fusão) ocorre nos mesmos valores da temperaturas de fusão, uma vez que é o processo inverso, e o calor latente de solidificação é igual ao calor latente de fusão, só que com o sinal trocado.

Para ocorrer a mudança do estado líquido para o sólido a substância precisa perder calor, e por isso o calor latente de solidificação (Ls) recebe um sinal negativo. ( Lf = - Ls )

Passagem de líquido para gasoso (vaporização)

Tudo o que vimos para o caso da fusão, funciona mais ou menos da mesma maneira para a vaporização. Existe uma temperatura certa onde as substâncias começam a passar do estado líquido para o gasoso (esta temperatura é chamada ponto de ebulição).

Veja este valor para algumas substâncias:

Substância Ponto de ebulição (°C)
água 100
álcool 78
cobre 2 595
chumbo 1 744
enxofre 445
ferro 3 000

 

Substância Ponto de ebulição (°C)
hidrogênio -253
mercúrio 357
nitrogênio -196
ouro 2 966
oxigênio -183
prata 2 212
zinco 918

Na próxima tabela temos os valores da quantidade de calor necessária para fazer com que 1g de destas substâncias passe do estado líquido para o estado gasoso (calor latente de vaporização).

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

Tomando como exemplo o caso da água, precisamos de 540 calorias para fazermos com que 1g desta substância passe do estado líquido para o estado gasoso.

Importante

Estudamos agora o caso da vaporização.

A liquefação, ou condensação, que é a passagem do estado gasoso para o líquido (processo inverso da vaporização) ocorre nos mesmos valores da temperaturas de vaporização, uma vez que é o processo inverso, e o calor latente de liquefação é igual ao calor latente de vaporização, só que com o sinal trocado. Para ocorrer a mudança do estado gasoso para o líquido a substância precisa perder calor, e por isso o calor latente de liquefação (Ll) recebe um sinal negativo. ( Lv = - Ll )

Mudanças de Estado Físico - Fatores

Mudanças de Estado Físico

As mudanças de estado físico dependem de dois fatores que são: temperatura e/ou pressão.

Fusão: passagem do estado sólido para o líquido por aumento de temperatura ou diminuição da pressão. Ex.: derretimento do gelo
Solidificação:
passagem do estado líquido para o sólido por diminuição de temperatura ou aumento da pressão. Ex.: formação das geleiras
Vaporização:
passagem do líquido para o gasoso por aumento de temperatura ou diminuição da pressão.

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, lagos, mares, 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.
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.
Condensação ou liquefação:
é a passagem do estado gasoso para o líquido por abaixamento de temperatura ou elevação da pressão. Ocorre condensação quando um vapor passa para líquido e usa-se liquefação quando um gás passa para líquido.
Gás:
é toda substância que ao natural é gasosa, ou seja, é uma substância em que se encontra no estado gasoso. Ex.: oxigênio, hidrogênio, gás carbônico,...
Vapor:
é uma substância em que se encontra no estado gasoso instável, ou seja, ao natural é encontrada como sólido ou líquido e quando passa para gasoso recebe o nome de vapor. Ex.: vapor d'água, vapor de ferro,....
Sublimação:
é a passagem direta do estado gasoso para o sólido sem passar pelo líquido e vice-versa. Ex.: naftalina, gelo-seco, iodo, enxofre.

Fonte: chemistry.about.com/br.geocities.com/www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br

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