Aula sobre mudança de fase - 2º ano do Ensino Médio

1. Professor Marco Antonio

2. Mudançadefase Os estados de agregação da matéria
A matéria possui três estados de
agregação a serem considerados:
sólido, líquido e gasoso

3. Mudançadefase Os estados de agregação da matéria
Sólido
• caracterizado por uma elevada força de coesão
entre as moléculas, garantindo forma e volume
bem definidos.
Líquido
• a força de coesão entre as moléculas é menos
intensa e a substância apresenta volume definido,
mas forma variável (do recipiente).
Gasoso
• as forças de coesão praticamente são inexistentes,
fazendo com que nem volume nem forma sejam
definidos. Nesse estado, a substância se distribui
por todo o espaço disponível.

4. Mudançadefase Mudança de estado (ou fase)
Modificando-se as condições de
pressão e/ou temperatura, pode
haver a passagem de um estado
de agregação para outro.

5. Mudançadefase Mudança de estado (ou fase)
Vaporização
• passagem de
uma fase
líquida para a
gasosa.
•transformação
inversa é a
liquefação ou
condensação
Fusão
• passagem de
uma fase sólida
para líquida.
• transformação
inversa é a
solidificação.
Sublimação
• passagem
diretamente da
fase sólida para
a gasosa.
As principais mudanças de fase são:

6. Mudançadefase Tipos de vaporização
 Evaporação: processo espontâneo e lento que ocorre
na superfície do líquido, independente da temperatura.
Por exemplo, roupas estendidas em um varal, suor do
corpo, superfícies de lagos.

7. Mudançadefase Tipos de vaporização

8. Mudançadefase Tipos de vaporização
 Ebulição: processo no qual há formação tumultuosa de
bolhas, ocorrendo em toda massa líquida. A ebulição
se verifica a uma determinada temperatura
(temperatura de ebulição) que depende da pressão
exercida sobre a superfície do líquido.
Por exemplo, a água entra em ebulição a 100ºC, sob
pressão normal (1 atmosfera).

9. Mudançadefase Tipos de vaporização
 Calefação: é uma vaporização forçada, pois realiza-se a
uma temperatura acima do ponto de ebulição.
Nesses casos, o líquido vaporiza antes de atingir a
superfície da chapa.

10. Mudançadefase Tipos de vaporização
A transformação inversa da
vaporização é a liquefação
ou condensação.

11. Mudançadefase Fusão
É a passagem de uma fase
sólida para líquida. A
transformação inversa da
fusão é a solidificação.

12. Mudançadefase Regelo – uma anomalia
O Regelo é um fenômeno segundo o qual algumas
substâncias, quando submetidas a determinada pressão,
fundem-se e voltam a solidificar-se quando a pressão
extra é removida.

13. Mudançadefase Regelo – uma anomalia
Mais do que devido à pressão exercida pelos patins, o
gelo da pista derrete à passagem dos patinadores por
efeito do atrito que aquece a região de contato com a
lâmina do patim.

14. Mudançadefase Regelo – uma anomalia
Porém, o regelo é um dos motivos de haver
deslizamento de neve acumulada no alto das montanhas:
o peso aumenta a pressão na base, provocando a fusão
da massa de gelo.

15. Mudançadefase Sobrefusão ou Superfusão
A sobrefusão é o fenômeno que consiste em uma
substância encontrar-se no estado líquido numa
temperatura abaixo da sua temperatura de solidificação.

16. Mudançadefase Sobrefusão ou Superfusão

17. Mudançadefase Exemplo de aplicação
ER2- Sabe-se que uma amostra de 60g de água está
super-resfriada, na temperatura de -4ºC. Ao ser
perturbada, uma parte da amostra se transforma em
gelo. Dados: calor específico da água cágua = 1 cal/gºC e
o calor latente de fusão do gelo Lfusão = 80 cal/g.
Calcule:
a) a quantidade de água em sobrefusão que se
solidifica;
b) a porcentagem da água congelada.

18. Mudançadefase Sublimação
Sublimação é a passagem diretamente da fase sólida
para a gasosa. Exemplos: naftalina e gelo seco (CO2).
A sublimação inversa é também denominada
cristalização e acontece quando uma substância passa
diretamente da fase gasosa para a sólida.

19. Mudançadefase Influência da Pressão
 Quando um corpo se funde, de modo geral, ele aumenta de
volume. Para uma substância que tenha esse comportamento,
observa-se que um aumento na pressão exercida sobre ela
acarreta um aumento em sua temperatura de fusão (e,
consequentemente, em sua temperatura de solidificação).
 A vaporização ocorre graças à fuga de partículas através da
fronteira líquido-gás; assim, um aumento na pressão acarreta
um aumento na temperatura de ebulição, pois uma pressão
mais elevada tende a dificultar a vaporização, literalmente
empurrando as partículas de volta à superfície do líquido.
E por conta desse fenômeno que foram
desenvolvidas as panelas de pressão.

20. Mudançadefase Algumas observações importantes
 Lei da mudança de fase: Sob pressão
constante, durante a mudança de fase a
temperatura permanece constante.
 Calor latente (L): Numericamente é a
quantidade de calor que a substância troca
(ganha ou perde), por unidade de massa,
durante a mudança de estado, mantendo-se
constante a temperatura.
 Experimentalmente, verificamos que a fusão e
a vaporização são processos endotérmicos,
ou seja, consomem calor. Já a liquefação e a
solidificação são processos exotérmicos, ou
seja, cedem calor.

21. Mudançadefase Diagrama de fases
Cada um dos diagramas de fases é composto de três curvas e
representa as fases da matéria termodinamicamente em função da
pressão e da temperatura.

22. Mudançadefase Diagrama de fases
Trecho 1 - Curva de fusão ou
solidificação: é a curva que separa o
estado sólido do líquido. Cada ponto
dela corresponde ao estado de
coexistência das fases sólida e líquida.
Um material que apresente condições de
pressão e temperatura sobre esse trecho
estará em fusão ou solidificação.

23. Mudançadefase Diagrama de fases
Trecho 2 - Curva de vaporização ou
condensação: é a curva que separa os
estados líquido e gasoso. Em cada ponto
dela coexistem as fases líquida e gasosa.
Sob essa condição de pressão e
temperatura a substância estará em
vaporização ou condensação.

24. Mudançadefase Diagrama de fases
Trecho 3 - Curva de sublimação ou
ressublimação (sublimação inversa): é a
curva que separa diretamente o estado
sólido do gasoso, sem passar pelo
estado líquido, na qual coexistem as
fases sólida e gasosa da substância.
Nesse trecho há a sublimação ou a
ressublimação.

25. Mudançadefase Diagrama de fases
Os dois pontos destacados no diagrama
de fases representam, respectivamente:
 o ponto triplo (PT), que indica a
pressão pT e temperatura T da
substância em que coexistem os três
estados físicos em equilíbrio;
 o ponto crítico (Pc), que indica a
temperatura crítica C de uma
substância além da qual o estado
gasoso é chamado de gás e não mais
de vapor.
A pressão correspondente à temperatura
crítica é a pressão de vapor do ponto
crítico, também chamada pressão crítica
(pc).

26. Mudançadefase Diagrama de fases

27. Mudançadefase Observações
• Vapor é a substância na fase gasosa a uma temperatura igual ou
inferior à temperatura crítica. O vapor pode ser condensado
(transformado em líquido) ou cristalizado (transformado em
sólido) por aumento de pressão, mantida constante a
temperatura (Figura);
• Gás é a substância na fase gasosa a uma temperatura superior à
temperatura crítica. Mantida constante a temperatura, o gás não
pode ser condensado por aumento de pressão.

28. Mudançadefase Aplicação
ER3. No diagrama de fases da figura, a linha azul representa a
curva de fusão ou solidificação de certa substância pura.
a) Em que fase se encontra a substância nos pontos A, B, C e D
b) Descreva as transformações experimentadas quando a substância
passa do ponto A para os pontos B, C e D, respectivamente.
c) O que deveria acontecer, se a mudança fosse do ponto D ao
ponto A?

29. Mudançadefase Aplicação
ER4. A figura a seguir representa o diagrama de fases, fora de
escala, da substância água pura. Considere que 100 g de água
recebam calor, sofrendo uma transformação, sob a pressão
constante de 1 atm.
a) o que ocorre nos pontos A, B, C, D e T;
b) o valor da temperatura D;
c) a quantidade de calor que a água necessita receber na
transformação do ponto A até o ponto C.
Dados:
• o calor específico do gelo: cgelo =
0,5 cal/g°C;
• o calor específico da água: cágua =
1,0 cal/g°C; e
• o calor latente de fusão do gelo:
LF = 80 cal/g, determine:

30. Mudançadefase Aplicação
ER5. Aquece-se uniformemente um recipiente contendo 500 g de
gelo a 0 °C, derretendo-o completamente. Supondo que todo
calor tenha sido usado apenas para a fusão do gelo e
considerando o calor latente de fusão do gelo LF = 80 cal/g, calcule
a quantidade de calor necessária para derreter todo o gelo.

31. Mudançadefase Aplicação
O diagrama de fases apresentado abaixo é de uma substância
hipotética.
a) Em que fase a substância se encontra quando sob pressão de
300 mm Hg e à temperatura de 10ºC?
b) Em que fase a substância se encontra quando sob pressão de
300 mm Hg e à temperatura de 30ºC?
c) Qual é o nome da mudança de fase que ocorre quando a
substância passa de B para A?

32. Mudançadefase Aplicação
O diagrama de fases apresentado abaixo é de uma substância
hipotética.
d) Qual é o nome da mudança de fase que ocorre quando a
substância passa de D para E?
e) Em que fase a substância não poderá se encontrar se estiver
submetida a uma pressão inferior à do ponto triplo T?
f) Sendo C o ponto crítico, é possível liquefazer a substância, por
meio de uma compressão isotérmica, estando à temperatura de
70ºC?

33. Mudançadefase Aplicação
Resolução:
a) Sólida: corresponde ao ponto A do diagrama
b) Líquida: corresponde ao ponto B do diagrama
c) Solidificação: a substância passa do estado líquido para o estado
sólido.
d) Liquefação ou Condensação: a substância passa do estado
gasoso para o estado líquido
e) A substância não poderá estar na fase Liquida
f) Para θ > θc, a substância (gás) não se liquefaz por compressão
isotérmica.

34. Mudançadefase Aplicação
(FMABC-SP) O gráfico
representa o diagrama de
fases do “gelo seco”. PT e PC
representam, respectivamente,
ponto triplo e ponto crítico da
substância. Analise este
diagrama e assinale a
alternativa correta.
a) Acima de 31 ºC, a substância apresenta-se no estado gasoso.
b) É possível liquefazer o gás apenas aumentando a temperatura de -
56,6 ºC para 31 ºC.
c) A substância apresenta-se no estado sólido para valores de pressão
acima de uma atmosfera.
d) A substância apresenta-se sempre no estado líquido para a
temperatura de 20 ºC.
e) A substância apresenta-se em mudança de estado para a pressão
de 5,1 atm e temperatura de -10 ºC.
X

35. Mudançadefase Aplicação
É dado o diagrama de fases de
uma substância pura. Responda
às questões.
a) Que mudança de fase ocorre quando a substância passa do
estado D para o estado E?
b) Que mudança de fase ocorre quando a substância passa do
estado E para o estado G?
c) Qual o significado físico do ponto B no diagrama?
d) Sob pressão normal (1 atm) e à temperatura ambiente de 18 °C,
em que fase se encontra a substância?

36. FIM
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