terça-feira, 5 de abril de 2011

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Mudanças de fase (I)

Borges e Nicolau

Uma substância pura pode se apresentar em 3 fases ou estados de agregação: sólido líquido e gasoso. A água, por exemplo, pode ser encontrada na fase sólida (gelo), na fase líquida (água líquida) e na fase gasosa (vapor d'água).

Características das fases

Fase sólida
As moléculas se apresentam dispostas com regularidade, num arranjo que recebe a denominação de retículo cristalino. As forças de coesão, intensas, permitem apenas ligeiras vibrações das moléculas em torno de suas posições na estrutura do material. Os sólidos possuem forma e volume bem definidos.

Fase líquida
As moléculas nesta fase têm certa liberdade de movimentação. A distância média entre elas é maior do que nos sólidos e sua enegia cinética média depende da temperatura. Os líquidos não têm forma própria, adaptam-se aos recipientes, mas têm volume definido.

Fase gasosa
A substância não apresenta forma ou volume definidos. A distância média entre as moléculas é grande e as forças de coesão pouco intensas, permitindo-lhes grande liberdade de movimentação.

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As mudanças de fase de uma substância

Ao receber calor um sólido cristalino tem sua temperatura aumentada até ser atingida a temperatura de fusão, quando a agitação térmica das moléculas é forte o suficiente para quebrar a estrutura cristalina. As moléculas, com mais liberdade passam para a fase líquida. Durante a fusão a temperatura permanece constante.
Terminada a fusão, aquecendo-se o líquido formado, a temperatura volta a aumentar, ou seja, aumenta a agitação das moléculas.
Ao ser atingida a temperatura de ebulição o líquido ferve, o calor recebido é utilizado para quebrar as forças de coesão entre as moléculas que passam para a fase gasosa (vapor e gás). Durante a fusão a temperatura não varia.

Calor latente (L)
É o calor que cedido a uma substância, ou retirado desta, produz mudança de fase da substância.

Q = m.L

Imaginemos uma certa quantidade de gelo a -20 ºC, ao nível do mar, sendo aquecido por uma fonte de calor constante. A temperatura sobe até que o gelo atinja 0 ºC. Nessa condição começa o processo de fusão e o calor recebido será usado apenas para quebrar a cadeia cristalina, não havendo aumento de temperatura. Enquanto ocorre a fusão o gelo vai precisar de 80 cal para cada grama, para ser transformado em água. Dizemos então que o calor latente de fusão do gelo Lf é igual a 80 cal/g.

Caso a massa de gelo, a 0 ºC, fosse igual a 100 g, para transfomá-la em água seriam necessárias 8000 cal. 

Q = m.Lf  => Q = 100.80  => Q = 8000 cal

Uma vez transformada em água e continuando a receber calor, a massa que inicialmente era gelo terá a agitação térmica das moléculas aumentada até atingir a temperatura de ebulição (100 ºC) quando ocorre a vaporização. Para cada grama de água que passa para a fase gasosa (vapor) são necessárias 540 calorias. Dizemos então que o calor latente de vaporização da água, Lv é igual a 540 cal/g.

Para vaporizar 100 g de água a 100 ºC são necessárias 54000 cal.

Q = m.Lv  =>  Q = 100. 540  =>  Q = 54000 cal

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