Estados da Matéria - Sólido Líquido e Gasoso

CAPÍTULO 6 MUDANÇAS DE ESTADO 1 OS ESTADOS DE AGREGAÇÃO DA MATÉRIA A matéria pode se apresentar basicamente na natureza em três estados o estado sólido o estado líquido e o estado gasoso Esses três estados de agregação diferem um do outro pelo arranjo dos átomos ou moléculas da substância e pela intensidade das forças entre eles denominadas forças de coesão Em vez de estados de agregação podemos também falar em fases da substância fase sólida fase líquida e fase gasosa O estado sólido se caracteriza pelo fato de os átomos ou moléculas constituintes estarem sujeitos a forças de coesão de grande intensidade que fazem com que haja uma vibração atômica ou molecular bem reduzida Em virtude disso na fase sólida as substâncias possuem volume e forma constantes sendo praticamente incompressíveis Já no estado líquido as forças de coesão têm menor intensidade permitindo uma movimentação atômica ou molecular mais acentuada mas ainda suficiente para garantir um volume constante para as substâncias nessa fase embora a forma seja variável Do mesmo modo que os sólidos os líquidos também são praticamente incompressíveis As forças de coesão apresentam intensidade muito pequena no estado gasoso Em consequência temos uma agitação atômica ou molecular muito acentuada de modo que as partículas que constituem a substância nessa fase movimentamse desordenadamente e com grande velocidade Por isso os gases e vapores não apresentam nem forma nem volume fixos sendo dotados de notável expansibilidade e compressibilidade As substâncias no estado gasoso tendem a ocupar todo o espaço que lhes é oferecido adquirindo a forma do recipiente onde estão A fase em que uma substância se encontra é função dos valores da pressão e da temperatura a que está sujeita Assim existem diversos valores de pressão e temperatura para os quais a substância é sólida outros para os quais é líquida e ainda valores para os quais a substância é gasosa gás ou vapor O estado de uma substância depende dos valores da sua temperatura e pressão Logicamente se forem modificados os valores da pressão ou da temperatura ou de ambas a substância pode sofrer uma mudança de fase ou de estado de agregação Cada mudança de estado tem um nome característico como é mostrado no esquema seguinte Estado sólido Fusão Estado líquido Vaporização Estado gasoso Solidificação Condensação ou liquefação Sublimação direta Sublimação inversa As mudanças de estado fusão vaporização e sublimação direta ocorrem com absorção de calor sendo por isso denominadas endotérmicas As inversas solidificação condensação ou liquefação e sublimação inversa acontecem com perda de calor sendo denominadas exotérmicas 2 DIAGRAMA DE FASES Considerando o diagrama de pressão p temperatura θ cada ponto dele representa uma situação em que a substância pode estar representada por um par de valores de pressão e temperatura Fig 1 A região do gráfico onde estão todas as situações possíveis para a substância é limitada pela temperatura de 273C zero absoluto e pela pressão nula Esse diagrama constitui o diagrama de fases da substância pois todas as fases da substância estão nele representadas Fig 1 Diagrama pressão temperatura A cada par de valores p θ corresponderá um estado da substância 152 153 Por conseguinte no diagrama de fases há vários pontos cada um representado por um par de valores de pressão e temperatura que correspondem ao estado sólido da substância Outros pontos correspondem ao estado líquido e outros ao estado gasoso Assim o diagrama se apresenta dividido em três partes bem definidas cada uma correspondendo a uma fase da substância Fig 2 Fig 2 Diagrama de fases de uma substância Essas partes são separadas por curvas que correspondem aos pares de valores de pressão e temperatura em que ocorrem as mudanças de fase Na figura 2 temos ① Curva de fusão entre as fases sólida e líquida ② Curva de vaporização entre as fases líquida e gasosa ③ Curva de sublimação entre as fases sólida e gasosa Cada ponto de uma curva representa a coexistência entre as duas fases correspondentes da substância Assim um ponto da curva de fusão representa uma situação em que as fases líquida e sólida da substância podem coexistir Igualmente cada ponto da curva de vaporização é representativo de uma situação em que podem coexistir as fases líquida e gasosa A curva de sublimação é constituída pelos pontos que representam a coexistência das fases sólida e gasosa O ponto comum às três curvas é denominado ponto triplo da substância sendo figurativo de uma situação em que coexistem as três fases da substância Por exemplo para o dióxido de carbono CO₂ o ponto triplo corresponde à pressão de 51 atmosferas e à temperatura de 566ºC Observação A fusão do modo como foi apresentada ocorre com os sólidos cristalinos isto é aqueles nos quais as moléculas se dispõem ordenadamente num retículo No entanto certas substâncias como o vidro embora apresentem consistência de sólidos não têm estrutura cristalina podendo ser consideradas em termos estruturais como líquidos com altíssima viscosidade Tais sólidos quando aquecidos sofrem um processo denominado fusão pastosa que não apresenta as características de uma mudança de estado típica Admitese que nesse caso com o aquecimento a substância vá se tornando cada vez menos viscosa passando por um estado intermediário pastoso antes de adquirir características propriamente líquidas Durante esse processo a temperatura não se mantém constante Outra situação que pode ocorrer quando uma substância composta é aquecida é sua decomposição antes de ser atingida a temperatura de mudança de estado Isso acontece por exemplo com a madeira 154 MUDANÇAS DE ESTADO EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO a Em que fase se encontra a substância quando estiver sob pressão de 4 atmosferas e a temperatura de 30ºC b Se a substância for submetida à pressão de 3 atmosferas e à temperatura de 40ºC o que ocorre c O que acontece com a substância quando sua temperatura é 10ºC e está sob pressão de 2 atmosferas d Suponhamos que a substância seja mantida sob pressão constante de 3 atmosferas Se sua temperatura for aumentada de 30ºC para 50ºC ocorrerá uma mudança de fase Qual o nome dessa mudança de fase Resolução a A figura a nos dá os nomes das fases em que se encontra a substância para cada região do diagrama de fases Nessa figura temos MT é a curva de sublimação TN é a curva de fusão ou solidificação TP é a curva de vaporização ou condensação T é o ponto triplo Fig a Fig b Quando a substância está sob pressão de 4 atmosferas e a temperatura de 30ºC seu estado corresponde ao ponto X da figura b Comparando as figuras a e b vemos que o ponto X está na região de líquido e portanto a fase em que se encontra a substância é a fase líquida b Quando a substância está sob pressão de 3 atmosferas e à temperatura de 40ºC seu estado corresponde ao ponto Y da figura b o qual está situado na curva de vaporização ou condensação Isso significa que a substância poderá coexistir nas fases líquida e gasosa mas não é necessário que haja as duas fases poderemos ter apenas a fase líquida ou apenas a fase gasosa c A temperatura de 10ºC e a pressão de 2 atmosferas correspondem ao ponto triplo ponto T na figura b Poderemos então ter a coexistência das fases sólida líquida e gasosa Mas isso não quer dizer que necessariamente haja as três fases poderemos ter apenas uma das fases ou apenas duas delas d Sob pressão de 3 atmosferas a mudança de temperatura de 30ºC para 50ºC corresponde à passagem do ponto R para o ponto S da figura b isto é corresponde a uma passagem do estado líquido para o estado de vapor Portanto houve uma vaporização 155 2 Uma substância pura tem seu diagrama de fases representado na figura a seguir a Em que estado se encontra a substância quando está sob pressão de 1 atm e à temperatura de 50ºC b Em que estado se encontra a substância quando está à temperatura de 10ºC e sob pressão de 3 atm c Qual o nome da curva PM d Qual o significado do ponto X assinalado na figura e Se a substância é conduzida do estado representado pelo ponto Y ao estado representado pelo ponto Z ocorre uma mudança de fase Qual o nome dessa mudança de fase 3 Dê o nome da mudança de fase ocorrida em cada transformação dada a seguir a sólido líquido d vapor líquido b líquido sólido e sólido vapor c líquido vapor 4 Consideremos uma substância pura sob pressão menor que a pressão do seu ponto triplo Em qual estado de agregação essa substância não pode estar em equilíbrio EXERCÍCIOS DE REFORÇO 5 A figura indica um diagrama de pressão contra temperatura para a substância H2O As curvas CTA e CTB indicam pontos onde a substância coexiste em equilíbrio em pelo menos dois estados As regiões indicadas pelas letras X Y e Z representam os estados a sólido líquido e gasoso b líquido gasoso e sólido c gasoso líquido e sólido d líquido sólido e gasoso 6 UFGO Numere a coluna II de acordo com a coluna I considerando o diagrama de fases de uma substância mostrado na figura coluna I 1 Transformação de L para M 2 Transformação de M para N 3 Transformação de K para N 4 Transformação de N para M 5 Transformação de M para L coluna II condensação fusão solidificação sublimação vaporização A sequência correta dos números da coluna II de cima para baixo é a 24153 b 43512 c 31245 d 41532 7 UC SalvadorBA Uma substância tem seu diagrama de fases representado no gráfico da pressão em função da temperatura na figura abaixo Analise as afirmações I A curva AB é a curva de vaporização II A curva BC é a curva da fusão III A curva BD é a curva da solidificação IV O ponto B é o ponto triplo Quais estão corretas a Apenas I e II b Apenas I e III c Apenas II e III d Apenas III e IV e Apenas II e IV 3 TRANSIÇÃO SÓLIDO LIQUIDO A curva de fusão representa como vimos as situações em que coexistem as fases sólida e líquida da substância O aspecto dessa curva é diferente conforme a substância ao sofrer fusão se expanda ou se contraia Substâncias que se expandem na fusão A maioria das substâncias se expande ao sofrer fusão É um processo endotérmico isto é a substância absorve calor A curva de fusão tem o aspecto apresentado na figura 3 Se considerarmos a substância inicialmente no estado sólido observamos que ao aquecer a substância sob pressão p₁ ela sofre fusão na temperatura θ₁ Se o aquecimento for realizado sob pressão maior p₂ a fusão ocorrerá numa temperatura mais alta θ₂ Fig 3 A temperatura de fusão aumenta com a pressão A explicação para tal fato é a seguinte essas substâncias ao sofrerem fusão aumentam de volume isto é suas moléculas se afastam umas das outras Ao aumentarmos a pressão contraríamos essa tendência natural de afastamento 156 157 Substâncias que se contraem na fusão Algumas substâncias entre as quais a água o ferro o bismuto e o antimônio sofrem uma contração de volume ao se fundirem A curva de fusão tem o aspecto apresentado na figura 4 Considerando inicialmente uma dessas substâncias no estado sólido a fusão ocorre na temperatura θ₁ quando o aquecimento é feito sob pressão p₁ Aquecendoa sob pressão maior p₂ a fusão vai ocorrer numa temperatura mais baixa θ₂ Por exemplo o gelo se derrete a 0C sob pressão normal 1 atm mas se a pressão for aproximadamente 8 atmosferas a fusão do gelo ocorre na temperatura de 006C O que acontece nesse caso é que ao sofrerem fusão essas substâncias diminuem de volume ocorrendo uma aproximação entre suas moléculas O aumento da pressão favorece essa tendência facilitando a transição que ocorre numa temperatura mais baixa Exemplos a A água se contrai na fusão e se expande na solidificação Assim se enchermos uma garrafa de vidro com água líquida e a tampamos colocandoa em seguida num congelador a água ao se transformar em gelo aumentará de volume quebrando a garrafa b Quando a água líquida se transforma em gelo há um aumento de volume e portanto uma diminuição de densidade Isso explica o fato de podermos observar blocos de gelo flutuando na água como por exemplo os icebergs Experiência de Tyndall O fenômeno de regelo é explicado pela variação do ponto de fusão do gelo conforme a pressão Um bloco de gelo em temperatura abaixo de 0C é atravessado por um fio metálico tracionado por corpos em suas extremidades sem que o bloco se parta Fig 5 O que acontece é a fusão do gelo situado embaixo do fio numa temperatura menor que 0C em virtude do aumento de pressão determinado pela ação do fio sobre o gelo À medida que o fio vai atravessando a água formada esta fica aliviada do acréscimo de pressão e volta a se congelar regelo Por isso o fio pode atravessar completamente o bloco de gelo sem que este fique dividido O patinador no gelo Quando um patinador desliza sobre uma pista de gelo a pressão exercida pelas lâminas dos patins provoca a fusão do gelo AB na figura 6 Esse fato facilita o deslizamento dos patins Logo que o patinador passa a pressão volta ao estado inicial CD na figura 6 e a água torna ao estado sólido regelo EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO O mercúrio é uma substância que se expande ao se fundir e se contrai ao se solidificar Sabese que o mercúrio funde a 39ºC quando está sob pressão de 1 atm O que ocorre com a temperatura de fusão se a pressão passar a um valor maior que 1 atm Resolução Sendo o mercúrio uma substância que se expande ao se fundir sua curva de fusão deve ser do tipo representado na figura Vemos então que sob pressão p₁ 1 atm a temperatura de fusão passa para um valor θ₁ 39C isto é a temperatura de fusão aumenta 9 Sob pressão de uma atmosfera o alumínio funde a 659ºC Sabendo que o alumínio se expande ao se fundir o que ocorre com a temperatura de fusão se a pressão for reduzida EXERCÍCIOS DE REFORÇO 22 O que acontece quando se agita um recipiente contendo água em sobrefusão a Necessariamente toda a água solidificarseá acarretando uma queda na temperatura do recipiente b Parte da água solidificarseá acarretando uma queda na temperatura do recipiente c Parte da água solidificarseá acarretando um aumento na temperatura do recipiente d Necessariamente toda a água solidificarseá acarretando um aumento na temperatura do recipiente 23 FEISP 100 g de água encontramse no estado de sobrefusão à temperatura de 40C e sob pressão absoluta de 10 atm Caso o equilíbrio instável seja perturbado com uma agitação por exemplo qual a massa de água que irá solidificarse subitamente Dados calor específico da água 10 calgC calor latente de fusão do gelo 80 calg 24 E E ItajubáMG Tomandose certos cuidados conseguese baixar a temperatura de 1000 g de água a 70C sob pressão de 10 atm Desprezandose a massa do recipiente que contém a água a solidificação brusca desta produzirá uma pedra de gelo de massa a 705 g b 875 g c 805 g d 1143 g e 1000 g 25 UFFRJ No gráfico temperaturatempo do resfriamento de um líquido apresentado ao lado temos que a AB CD e DE correspondem a estados líquidos b apenas em AB ocorre estado líquido c em CD ocorrem simultaneamente estados líquido e sólido d apenas em DE ocorre estado líquido e o gráfico está errado 5 TRANSIÇÃO LÍQUIDO VAPOR A passagem de uma substância do estado líquido para o estado de vapor chamase genericamente vaporização podendo ocorrer de duas formas básicas a evaporação e a ebulição fervura A evaporação é a passagem espontânea para o estado de vapor através apenas da superfície do líquido exposta ao ambiente e ocorre em qualquer temperatura Esse fenômeno e os fatores que atuam sobre ele será estudado adiante A ebulição fervura ou vaporização típica que trataremos de agora em diante simplesmente como vaporização ocorre numa temperatura bem definida para cada substância sendo função da pressão sob a qual ocorre o processo Vimos anteriormente que a curva de vaporização representa a substância nos estados líquido e gasoso Essa curva está compreendida entre dois pontos bem definidos o ponto triplo T e o ponto crítico C Fig 8 Cada substância tem o seu ponto triplo T e o seu ponto crítico C Ponto triplo T Como vimos anteriormente o ponto triplo representa uma situação especial de pressão e temperatura em que coexistem as três fases sólido líquido e vapor Ponto crítico C O ponto crítico é definido por uma temperatura especial denominada temperatura crítica e pela pressão crítica Observemos as figuras 9a e 9b abaixo da temperatura crítica θC é possível passarse do estado líquido para o gasoso por uma simples descompressão isotérmica e é possível retornarmos de vapor para o estado líquido comprimindo isotermicamente a substância Fig 9a já se estivermos trabalhando acima da temperatura crítica θC será impossível passarmos do estado gasoso para o estado líquido comprimindo ou descomprimindo isotermicamente o vapor Fig 9b Gás e vapor A substância no estado gasoso abaixo da temperatura crítica é chamada de vapor Estando a substância no estado gasoso acima da temperatura crítica ela é chamada de gás Gás é um estado da substância no qual é impossível condensála por uma simples compressão isotérmica Verificamse ainda alguns fenômenos de transição que vamos descrever abaixo a Estando a substância no estado gasoso numa temperatura inferior ou igual à temperatura crítica quando comprimida à temperatura constante tem sua pressão aumentada até um valor máximo F A partir daí prosseguindo a diminuição de volume ocorre a liquefação da substância permanecendo constante a pressão Fig 10 A pressão F em que ocorre a transição para líquido é denominada pressão máxima de vapor Fig 11 Para temperatura inferior a θC e pressão igual à pressão máxima de vapor coexistem no sistema o líquido e o vapor b Se a mesma experiência descrita for realizada estando a substância numa temperatura superior à temperatura crítica por mais que se diminua o volume e aumente a pressão não ocorrerá a passagem para o estado líquido Fig 12 O grau de agitação das moléculas é tal que por mais que as moléculas sejam aproximadas a intensidade das forças de coesão não é suficiente para determinar a mudança no estado de agregação Para temperaturas superiores a θC por maior que seja a pressão exercida sobre o gás não se consegue a liquefação Observações 1ª A pressão máxima de vapor F depende da correspondente temperatura do vapor Fig 11 2ª Nos limites da curva T C da figura 11 podemos escolher qualquer ponto e teremos para cada temperatura θi a correspondente pressão máxima de vapor pi Fi 3ª No ponto triplo coexistem as três fases e por extensão a pressão pT é a correspondente pressão máxima de vapor da temperatura θT 4ª No ponto crítico C a pressão crítica pC é por extensão a pressão máxima de vapor FC pC correspondente à temperatura crítica θC Na tabela a seguir apresentamos valores da temperatura crítica θC e da respectiva pressão crítica pC FC de algumas substâncias Observe que estes valores representam as coordenadas do ponto crítico no gráfico pressão x volume Fig 11 Com base nessa tabela podemos por exemplo concluir que no estado gasoso a água só se liquefaz por compressão isotérmica em temperatura inferior ou igual a 374ºC vapor não havendo liquefação se a temperatura for maior que 374ºC gás O hélio o oxigênio e outras substâncias durante muito tempo foram denominados gases permanentes pois sua liquefação só se verifica em temperaturas extremamente baixas que apenas em data recente puderam ser atingidas Toda vez que num recipiente fechado sob pressão e temperatura constantes um líquido estiver em presença de seu vapor Fig 13 este estará exercendo a pressão máxima F para aquela temperatura O vapor nessas condições é denominado vapor saturante Se o recipiente for aberto escapando parte do vapor uma parte do líquido se vaporiza para que a pressão se mantenha constante no valor F Caso o recipiente seja conservado aberto o líquido se vaporiza completamente na tentativa infrutífera de não permitir que a pressão fique abaixo da pressão máxima F Quando o líquido deixar de existir teremos no interior do recipiente apenas vapor exercendo uma pressão inferior à pressão máxima Nessa situação o vapor é denominado vapor seco Uma situação interessante de equilíbrio líquidovapor é a que ocorre nos botijões de gás liquefeito de petróleo usados na cozinha Na verdade no interior de um botijão o que existe é líquido em presença do seu vapor saturante exercendo a pressão máxima F No momento da utilização a válvula é aberta saindo o vapor que é queimado O vapor que sai do botijão é reposto pela vaporização do líquido no seu interior Os populares isqueiros descartáveis funcionam segundo o mesmo processo 6 INFLUÊNCIA DA PRESSÃO NO PONTO DE EBULIÇÃO A temperatura em que uma substância ferve depende da pressão a que está submetida A curva de vaporização Fig 14 indica como se dá essa influência da pressão sobre a temperatura de ebulição se a pressão reinante sobre o líquido for p1 a ebulição ocorre na temperatura θ1 aumentando a pressão para p2 a ebulição vai ocorrer numa temperatura mais elevada θ2 Tomemos o caso da água como exemplo Sob pressão normal 1 atm isto é ao nível do mar a água ferve a 100º C No interior de uma panela de pressão temos uma pressão interna maior que a pressão atmosférica e a água ferve em temperaturas superiores a 100º C Há alguns tipos de panela de pressão em que a água ferve somente a 120º C Evidentemente isso acelera o cozimento dos alimentos Por outro lado a baixa pressão diminui a temperatura de ebulição Nos locais montanhosos por exemplo a pressão é menor do que 1 atm e a água ferve a temperaturas inferiores a 100º C A presença de bolhas gasosas no interior do líquido é fundamental para a ocorrência da ebulição pois a vaporização ocorre principalmente no interior dessas bolhas as quais chegando a superfície livre do líquido rompemse libertando o vapor Se eliminarmos as bolhas previamente existentes no líquido poderemos leválo acima de sua temperatura de ebulição ocorrendo então o seu superaquecimento 29 Consideremos uma panela de pressão totalmente vedada contendo água Se colocarmos essa panela no fogo poderá haver ebulição da água 30 Usando uma panela comum os alimentos cozinharão mais depressa na praia ou na montanha Justifique Admita que a potência da fonte de calor seja a mesma e capaz de produzir a ebulição da água Resolução Na praia a pressão atmosférica é normal 1 atm e a água ferverá a 100º C Na montanha a pressão atmosférica é menor que 1 atm e o ponto de ebulição cairá A água ferverá em temperatura inferior a 100º C e essa será a temperatura na panela Assim mais rapidamente cozinharão os alimentos na praia onde a temperatura na panela é 100º C 31 Observe na tabela ao lado a altitude de algumas cidades do Brasil a Em quais delas a temperatura de ebulição da água é 100º C b Acampando nas montanhas de Atibaia ou nas praias de Fortaleza onde o feijão vai cozinhar mais depressa Use a panela comum c Por que em São Paulo a água ferve a 98º C 33 O gráfico a seguir mostra a curva de vaporização de uma substância hipotética a Qual é o estado da substância a 200º C É possível obter vapor saturante a essa temperatura b Qual é a pressão máxima de vapor a 80º C E a 100º C c Estando o vapor saturante em equilíbrio com líquido a 150º C qual é a pressão d A 30º C e 2 atm quais fases coexistem e A 80º C e 10 atm qual é o estado da substância EXERCÍCIOS DE REFORÇO 34 UNISASP Temperatura crítica é aquela a na qual um sólido sofre sublimação b abaixo da qual um líquido não pode evaporar c na qual a pressão saturante de vapor é igual à pressão atmosférica d acima da qual um gás não pode ser liquefeito e coexistem as três fases sólida líquida e gasosa 35 VUNESPSP Aquecese certa quantidade de água A temperatura em que irá ferver depende da a temperatura inicial da água b massa da água c pressão ambiente d rapidez com que o calor é fornecido e quantidade total do calor fornecido 36 CESESPPE Quando um líquido está em equilíbrio dinâmico com o seu vapor quais das seguintes condições podem existir I Não há transferência de moléculas entre o líquido e o vapor II A pressão do vapor tem um valor constante III Os processos opostos vaporização e condensação se realizam com igual velocidade IV A concentração do vapor varia com o tempo 37 F M SantosSP Verifique se cada afirmação abaixo é verdadeira ou falsa I A pressão máxima de vapor de uma substância cresce com a temperatura da substância II O ponto triplo de uma substância é caracterizado por um par de valores da pressão e temperatura para os quais podem coexistir em equilíbrio o sólido o líquido e o vapor da substância III É possível que a água ferva à temperatura de 70º C 38 Fund Carlos ChagasSP A pressão máxima de vapor de um líquido depende da estrutura de suas moléculas e a do volume ocupado pelo líquido b do volume ocupado pelo vapor c da massa específica do vapor d da massa do líquido e da temperatura do líquido 39 UFPR No fundo de uma mina a 500 metros de profundidade é colocada para ferver uma certa porção de água em um recipiente aberto Para esta situação esperamos que a água entre em ebulição a a 100C d a 360 K b a uma temperatura inferior a 100C e Não conseguiria entrar em ebulição c a uma temperatura superior a 100C 40 ACAFESC Em Camboriú a pressão atmosférica equivale a 76 cmHg e a água ferve a 100C Em relação a Camboriú no Pico da Neblina ponto culminante do Brasil a pressão atmosférica e o ponto de ebulição da água são respectivamente a menor e menor b maior e maior c maior e menor d menor e maior e igual e igual 7 EVAPORAÇÃO A evaporação é a passagem espontânea e contínua de um líquido para o estado de vapor que ocorre em qualquer temperatura através da superfície do líquido exposta ao ambiente Essa transição é uma consequência da agitação térmica molecular algumas moléculas do líquido podem adquirir energia cinética suficiente para vencer a força de coesão com as demais moléculas e passam para o meio exterior A evaporação como a vaporização típica é um processo endotérmico absorvendo calor durante sua realização Por isso quando um líquido se evapora ele produz o frio por evaporação É por esse motivo que uma pessoa ao sair molhada de uma piscina sente frio a evaporação da água retira calor de sua pele Chamamos velocidade de evaporação v à relação entre a massa de líquido que se evapora m e o intervalo de tempo em que essa evaporação ocorre t v mt A unidade usual de velocidade de evaporação é gramas por segundo gs Os fatores que influem sobre a velocidade de evaporação são fundamentalmente os seguintes a Natureza do líquido Verificase que nas mesmas condições há líquidos que se evaporam rapidamente sendo denominados voláteis e líquidos que se evaporam lentamente sendo denominados fixos ou estáveis Entre os líquidos voláteis estão o éter o álcool e a gasolina São líquidos fixos ou estáveis o mercúrio e os óleos b Área da superfície livre Vimos que o fenômeno de evaporação ocorre na superfície do líquido exposta ao ambiente pois é através dessa superfície que as moléculas podem abandonar o líquido É lógico então que quanto maior for a área da superfície livre do líquido tanto maior será a velocidade de evaporação É por isso que se estende a roupa no varal para que seque mais rapidamente c Pressão externa A pressão exercida sobre a superfície livre do líquido representa um obstáculo para a saída das moléculas Sendo assim quanto maior essa pressão externa tanto menor será a velocidade com que o líquido se evapora No vácuo onde a pressão externa tende a zero a vaporização evaporação é rapidíssima praticamente instantânea d Temperatura Vimos que o fenômeno da evaporação é resultado da agitação térmica molecular Logo o aumento de temperatura deve causar um aumento na velocidade de evaporação pois aumenta a energia cinética das moléculas do líquido e Concentração de vapor no ambiente Na verdade durante a evaporação há movimentação de moléculas em dois sentidos moléculas de líquido abandonam o líquido e moléculas de vapor penetram no líquido Fig 15 Normalmente o fluxo de moléculas que saem é maior que o fluxo de moléculas que entram Ao se calcular a velocidade de evaporação considerase logicamente o saldo entre as moléculas que saem e as que entram Se a concentração de vapor do líquido no ambiente for grande esse saldo será pequeno sendo baixa por conseguinte a velocidade de evaporação Podemos dizer portanto que um líquido volátil mantido num recipiente fechado evaporase até que o fluxo de moléculas nos dois sentidos se iguale dizemos então que o ambiente sobre o líquido está saturado de vapor vapor saturante Num ambiente aberto o líquido acaba por desaparecer completamente pois o vapor formado tende a se expandir afastandose do líquido e mantendo relativamente baixa a concentração do vapor Como vimos anteriormente essa evaporação contínua do líquido visa manter o vapor exercendo enquanto existir líquido a pressão máxima de vapor F A concentração de vapor de água na atmosfera caracteriza a umidade do ar Quando a umidade do ar é muito elevada a velocidade de evaporação da água é baixa Ao contrário em dias secos quando a umidade do ar é pouca a água evaporase rapidamente É por isso que num ambiente quente sentimos melhor se a umidade for baixa pois assim o suor evaporase rapidamente fazendo com que o nosso corpo perca calor é um eficiente processo de termorregulação de nosso organismo Por isso aban os e ventiladores numa região úmida minoram o desconforto pois afastando o vapor através de uma corrente de ar aumentam a velocidade de evaporação Fig 15 Evaporação o fluxo de moléculas saindo é maior que o fluxo entrando 170 171 10 8 TRANSIÇÃO SÓLIDO VAPOR A passagem do estado sólido para o estado gasoso vapor constitui a sublimação A passagem contrária costuma ser denominada sublimação inversa ressublimação ou cristalização Essa mudança de estado para uma dada substância só ocorre em pressões inferiores à do ponto triplo Há substâncias como a cânfora e o iodo em que essa transição corresponde às pressões ambientes Por isso em condições ambientes o iodo e a cânfora quando aquecidos passam diretamente do estado sólido para o estado de vapor Fig 16 A temperatura de sublimação aumenta com o aumento de pressão EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO 41 O álcool contido em um recipiente aberto está a uma temperatura ligeiramente inferior à do álcool contido num recipiente fechado Por quê A água guardada em um recipiente de barro moringa fica mais fresca que a água guardada em um recipiente de vidro Por quê Resolução A moringa de barro é porosa e permite que algumas moléculas dágua atravessem sua parede Essas moléculas sofrem evaporação No entanto para evaporar elas necessitam de calor e o retiram da água da moringa Assim esfriase a água Por que um banhista ao sair molhado da água sente um friozinho Resolução A água do corpo do banhista tende a evaporar Esse é um processo endotérmico isto é ela necessita de calor e vai roubálo do corpo do banhista É um processo quase semelhante ao da moringa de barro 44 Por que ao passarmos éter sobre a pele sentimos um friozinho no local EXERCÍCIOS DE REFORÇO 45 FCMSCSP À temperatura ambiente a acetona evapora mais rapidamente do que a água Sendo assim podese concluir que em relação à água a acetona apresenta a ponto de ebulição mais alto b ligações intermoleculares mais fracas c pressão de vapor menor d pontes de hidrogênio em maior número e configuração geométrica menos simétrica 46 Fund Carlos ChagasSP Alguns líquidos como o cloreto de etila são utilizados como anestésicos locas Isto porque esses líquidos a são pouco viscosos penetrando facilmente nos poros b se volatilizam rapidamente resfriando a pele c são constituídos por moléculas apolares agindo sobre os nervos periféricos d se evaporam lentamente mantendo a pele umedecida e contém átomos de cloro permitindo uma assepsia adequada 47 FUVESTSP Nos dias frios quando uma pessoa expele ar pela boca formase uma espécie de fumaça junto ao seu rosto Isso ocorre porque a pessoa a expele ar quente que condensa o vapor dágua existente na atmosfera b expele ar quente e úmido que se esfria ocorrendo a condensação dos vapores expelidos c expele ar frio que provoca a condensação do vapor dágua na atmosfera d provoca a evaporação da água existente no ar e provoca a liquefação do ar com seu calor 48 UFGGO É comum entre estudantes do segundo grau a idéia de que a Física é uma disciplina difícil muito teórica e de pouca utilidade para a nossa vida Alguns até dizem prá qué Física no vestibular se nunca mais vou precisar dela Esta concepção é equivocada pois os conceitos leis e princípios da Física estão presentes na compreensão de muitas situações do cotidiano Por exemplo I Os alimentos cozinham mais rapidamente numa panela de pressão do que numa panela comum porque com o aumento da pressão a água entra em ebulição a uma temperatura maior que 100C II ao esquecer aquela cervejinha dentro do congelador você a encontra estourada Isso aconteceu porque a temperatura muito baixa faz o vidro trincar III costumase utilizar bolinhas de naftalina em armários para afastar insetos Passado algum tempo notase que as bolinhas desaparecem Isso acontece não porque a barata comeu a naftalina mas porque esta sublimau à temperatura ambiente Quais são as afirmativas verdadeiras 49 UFPR Podese conseguir a sublimação do gelo quando ele é submetido a a pressão e temperatura inferiores às do ponto tríplice b pressão e temperatura inferiores às do ponto crítico c pressão e temperatura superiores às do ponto tríplice d pressão e temperatura superiores às do ponto crítico e não se consegue a sublimação do gelo ele sempre se transforma em água para depois produzir a vaporização 172 173