Slide Propriedadestérmicasde Sólidos e Líquidos-2022 1

4 PropriedadesTérmicasde Sólidos e Líquidos UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO Fundação Instituída nos termos da Lei nº 5152 de 21101966 São Luís Maranhão Professora Regina Maria Mendes Oliveira reginaoliveiraufmabr Temas 2 Coeficiente de dilatação térmica Calores de fusão vaporização e sublimação Pressão de vapor Objetivos de aprendizagem 1 Compreender os conceitos de Coeficiente de dilatação térmica Calor de fusão e Pressão de vapor relacionadas à sólidos e líquidos 2 Identificar e resolver problemas com uso dos conhecimentos relacionados a este conteúdo 3 PRINCIPAIS ESTADOS DA MATÉRIA 4 ESTADO NÍVEL Macroscópico Microscópico LÍQUIDO Tem volume definido independente do volume que o contém mas não tem forma definida As moléculas mais compactadas mas ainda se movem permitindolhes desviarse umas das outras As distâncias entre as moléculas em um líquido é aproximadamente igual a diâmetro molecular SÓLIDO Tem forma e volume definidos As moléculas estão presas entre si geralmente com arranjos definidos nos quais elas podem apenas oscilar em suas posições fixas GÁS Se expandem para preencher o volume de qualquer recipiente As moléculas estão dez vezes mais distanciadas que as moléculas de um líquido em média têm densidades muito mais baixas que os sólidos e líquidos FASES CONDENSADAS CONCEITO referemse aos materiais sólidos e aos líquidos Em relação aos gases possuem maior densidade menor volume molar menor distância entre as moléculas maior efeito das forças intermoleculares 5 Ligação Energia de ligação kJmol Iônica 150 370 Covalente 125 300 Metálica 25 200 Van der Waals 10 gás líquido sólido Exemplo experimental Materiais uma esfera um anel uma haste e uma vela Procedimento À temperatura ambiente a esfera passa pelo orifício mas ao ser aquecida a esfera sofre expansão térmica e não passa pelo anel Mantendose a esfera em temperatura ambiente e resfriando o anel também impossibilita a passagem da esfera já que o anel é comprimido 6 Que propriedade dos materiais está associada a este fenômeno COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA α CONCEITO descreve o quanto um material expande ou se contrai quando sua temperatura é modificada A dependência entre volume de um sólido ou líquido e a temperatura à pressão constante é expressa pela equação onde V volume do material V0 volume do material a 0 C t temperatura α coeficiente de dilatação térmica 7 V V0 1 αt O valor de α é aproximadamente o mesmo para todos os gases V constanteT As partículas já estão dispersas Qualquer substância particular tem diferentes valores de α no estado sólido ou líquido Devidos aos arranjos diferentes COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA α É uma consequência do aumento de temperatura aumento na distância média entre as moléculas o Possui relação com a força de ligação entre as partículas em um material ligação muito forte α ligação fraca α α nos gases α nos líquidos α nos sólidos 8 COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA α 9 SÓLIDOS LÍQUIDOS Tabela 51 Coeficientes de dilatação térmica à 20ºC MATERIAL αK1 Quartzo s 015 x 104 Grafita s 024 x 104 Cobre s 049 x 104 Água l 207 x 104 Etanol l 120 x 104 Quanto maior é a energia de ligação menor é Fatos Pressão de vapor Pvap CONCEITO É a Pressão exercida pelo vapor quando as fases gasosa e líquida estão em equilíbrio a uma determinada temperatura Figura Aparelho para medir a pressão de vapor de um líquido a Inicialmente o líquido é congelado de modo que não existem moléculas na fase de vapor b Por aquecimento formase uma fase líquida e começa a evaporação No equilíbrio o número de moléculas que deixam o líquido é igual ao número de moléculas retornando ao líquido A diferença nos níveis de mercúrio h dá a pressão de vapor de equilíbrio do líquido à temperatura especificada 11 12 Pressão de vapor Pvap 11 O que acontece no nível molecular durante a evaporação Em uma dada temperatura um certo número de moléculas num líquido possui energia cinética suficiente para escapar da superfície Este processo é chamado evaporação ou vaporização Quando um líquido se evapora as suas moléculas gasosas exercem uma pressão de vapor Pressão de vapor Pvap A velocidade de evaporação é constante a qualquer tempo e a velocidade de condensação aumenta com o aumento da concentração de moléculas na fase de vapor Um estado de equilíbrio dinâmico no qual a taxa de um processo direto é exatamente Equilibrado pela taxa do processo inverso é atingido quando as taxas de condensação e evaporação se tornam iguais A pressão de vapor medida sob o equilíbrio dinâmico de condensação e evaporação é chamada pressão de vapor de equilíbrio ou simplesmente pressão de vapor Essa é a pressão de vapor máxima que um líquido exerce a uma dada temperatura 13 Figura Comparação das velocidades de evaporação e condensação a temperatura constante Cada líquido tem uma pressão de vapor característica a qual aumenta com a temperatura T C Água Pvap mmHg Etanol Pvap mmHg 20 17 5 439 100 7600 16933 velocidade tempo Vel de evaporação Equilíbrio Dinâmico Vel de condensação água etanol Calor molar de Vaporização Hvap CONCEITO é a energia geralmente em quilojoules necessária para vaporizar 1 mol de um líquido O Hvap está diretamente relacionado às forças intermoleculares que existem no líquido Se a atração intermolecular é forte é preciso muita energia para liberar as moléculas da fase líquida Consequentemente o líquido tem uma pressão de vapor relativamente baixa e um elevado calor molar de vaporização 14 SUBSTÂNCIA HVAP PVAP à 20 ºC H2O 44 kJmol 23 kPa CCl4 32 kJmol 123 kPa Numa dada temperatura um líquido com maior energia de coesão isto é um grande calor de vaporização Hvap terá uma menor Pvap que num líquido com uma pequena energia de coesão Ex Calor Vaporização Hvap A relação quantitativa entre a pressão de vapor P de um líquido e a temperatura absoluta T é dada pela equação de ClausiusClapeyron 15 Onde ln é o logaritmo natural R é a constante do gás 8314 J Kmol e C é uma constante Equação 1 Calor Vaporização Hvap Se conhecemos os valores de Hvap e P de um líquido a uma temperatura podemos usar a equação de Clausius Clapeyron para calcular a pressão de vapor do líquido a uma temperatura diferente Nas temperaturas T1 e T2 as pressões de vapor são P1 e P2 Da equação 1 podemos escrever 16 Equação 3 Equação 4 Equação 2 Subtraindo a equação 3 da equação 2 temos Então ou Calor Vaporização Hvap EXEMPLO O éter dietílico é um líquido orgânico volátil altamente inflamável que é utilizado como solvente A pressão de vapor do éter dietílico é 401 mmHg a 18 C Calcule a sua pressão de vapor a 29 C Dado Hvap 260 kJmol 17 Solução Dados APLICAÇÃO Engenharia materiais com alta resistência a aquecimentos e resfriamento cerâmicas ligas etc 18 Referências CASTELLAN G W Físicoquímica v 1 e 2 Rio de Janeiro Livros Técnicos e Científicos 1995 ATKINS PW Físicoquímica v 1 e 2 Livros Técnicos e Científico 9Ed Rio de Janeiro 2012 19