Resumo de fisica: Mudança de Estado

MUDANÇAS DE ESTADO:

FUSÃO: passagem do estado sólido para o líquido de substância puras

VAPORIZAÇÃO: passagem do líquido para vapor, e pode ser vaporização propriamente dita, pode ser ebulição, com formação de bolhas, calefação, com grandes trocas de calor e evaporação, que ocorre a baixa energia e não tem temperatura fixa.

SUBLIMAÇÃO: passagem do sólido para o vapor diretamente.

LIQUEFAÇÃO: passagem do vapor para líquido por aumento de pressão com temperatura constante e CONDENSAÇÃO é a passagem do vapor para o líquido através de resfriamento com pressão constante.

SOLIDIFICAÇÃO: passagem do líquido para o sólido, em geral com diminuição de volume para materiais regulares.

• A soma dos calores deve ser o calor dissipado negativo, e no caso de não haver dissipação a soma dos calores é igual a zero para sistemas isolados.

 

MUDANÇAS DE ESTADO E A PRESSÃO SOBRE ESSAS MUDANÇAS:

• A CONDENSAÇÃO é sempre um fenômeno isobárico com resfriamento, por exemplo o orvalho que se forma de madrugada; a LIQUEFAÇÃO é um processe isotérmico com compressão, isto é, um aumento de pressão que transforma o vapor em líquido;
• Um vapor com temperatura maior que a temperatura crítica não pode mais ser liquefeito só por aumento de pressão, e sim, por exemplo, por compressão isotérmica e posterior resfriamento isobárico. Esse vapor é, então, chamado de GÁS.
• A vaporização que não tem temperatura fixa e exige pouca energia e é superficial é chamada de evaporação; a vaporização com formação de bolhas e a temperatura fixa é a ebulição e a calefação é uma ebulição violenta e rápida. O leite derrama,  pois a camada de gordura impede a vaporização e a ebulição levanta a capa superficial derramando o leite...

                     
 

• Para descobrir a fase final de uma mistura com mudança de fase deve-se ir calculando os calores endo e exo térmicos e ir comparando as energias disponíveis, para poder encontrar o trecho possível de fase final. Recalcular a temperatura de equilíbrio final e os calores e massas envolvidos.

 

MUDANÇAS DE ESTADO: DIAGRAMA P X T

No diagrama de fases lembrar que a sublimação só ocorre se há ponto triplo. A pressão aumenta a temperatura de mudança de fase para todos os processos, menos a fusão anômala da água, ferro, bismuto e antimônio (gráfico à direita).

• No diagrama de fases PxT os processos isotérmicos são retas verticais e os processos latentes são horizontais ou oblíquos.
• Em La Paz, é fácil congelar e ferver água, pois a pressão é menor, favorecendo os processos que envolvem a expansão ou aumento de volume; em Amsterdã ocorre o oposto, temos que resfriar mais a água para fazer gelo e aquecer mais para ferver, pois a pressão é maior, desfavorecendo os processos expansivos.
• PONTO TRIPLO: os 3 estados em equilíbrio termodinâmico e sua pressão é mínima para líquido haver.
• Só há SUBLIMAÇÃO se houver ponto triplo.
• PONTO CRÍTICO: ponto cuja temperatura é a mínima para o vapor não se liquefazer mais. Aumenta a temperatura, o vapor tornar-se gás e não pode mais ser liquefeito.
• Só pode haver líquido se a pressão for maior que a do ponto triplo.
• Só pode haver sublimação se a pressão for menor que a do ponto triplo e a temperatura for menor que a do ponto triplo.
• Para a água, quando se solidifica e se vaporiza, sofre AUMENTO de volume, o que é favorecido quando a pressão externa é MENOR logo é mais fácil congelar e vaporizar água em ambientes, como por exemplo, NOS CUMES DAS MONTANHAS.
• Para a fusão da água há DIMINUIÇÃO de  volume, o que é favorecido por pressões externas MAIORES, logo há muita água líquida sempre que a pressão ambiente efetiva tiver valores grandes, como por exemplo, NAS ALTITUDES MAIS BAIXAS.
• Em La Paz os pontos de fusão e vapor se APROXIMAM  e em Amsterdam os pontos de fusão e vaporização se AFASTAM. 
• Na montanha, é fácil encontrar gelo e vapor e muito difícil encontrar_líquido, devido a baixas pressões.

MUDANÇAS DE ESTADO: EXERCÍCIO PADRÃO PARA DESCOBERTA DE ESTADO FINAL DE EQUILÍBRIO TÉRMICO E MASSAS DAS FASES PRESENTES:

COMO COMPETIR E ENCARAR UMA QUESTÃO DE MUDANÇA DE ESTADO E ESTADO DE EQUILÍBRIO FINAL:

 

1. Calcular os calores possíveis que o corpo quente pode perder até atingir o equilíbrio;

2. Calcular os calores possíveis que o corpo frio pode receber até atingir o equilíbrio térmico;

3. Comparando os valores dos calores, descobrir a faixa correta onde certamente ocorrerá o equilíbrio térmico, e reutilizar a equação que diz que a soma dos calores é nula, e encontrar, a partir daí, a temperatura final de equilíbrio e as massas das fases presentes no equilíbrio térmico. 

 

Vejamos essas técnicas aplicadas abaixo:

Um calorímetro de capacidade térmica desprezível contém 100 de gelo a – 40 ºC. Após atingir o equilíbrio térmico, 500 g de água líquida a 80ºC é colocada no calorímetro. Calcule a temperatura final de equilíbrio e as massas das fases existentes no estado de equilíbrio. USAR: CALOR ESPECÍFICO: 0,5 cal/gºC para gelo e vapor e 1,0 cal/gºC para água líquida; CALOR LATENTE: 80 cal/g para fusão

• calor para levar o gelo até zero graus celsius: Q1 = mcΔT = 100.0,5.40 = +2000cal; 
• calor para fundir todo o gelo: Q2 = mL = 100.80 = +8000cal; 
• calor que a água pode perder no resfriamento máximo até zero: Q3 = mcΔT = 500.1.(-80) = - 40000cal; 
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Logo, a água pode perder até 40 kcal sendo que o gelo para ser aquecido e derretido, precisa apenas de 10 kcal, logo, a água não precisará se resfriar até zero, e sim até uma temperatura final x, de tal forma que:  

Q1 + Q2 + Q’3 + Q4 = 0 sendo Q4 o calor para aquecer o gelo fundido até x e Q’3 sendo o calor perdido pela água quente de 80 até x, o que acaba resultando:

+2000 +8000 + 500.1.(x-80) + 100.1.(x-0)= 0 logo: 600x = 30000 e portanto x = 50ºC, e temos no final apenas água, 600g de água a 50ºC.