CALORIMETRIA: MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
 

1. CALOR E MUDANÇA DE ESTADO

   Toda matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso.
   As possíveis mudanças de estado, quando uma substância recebe ou cede calor, estão esquematizadas na figura abaixo:

 

 

 

 

 

 

Quando, à pressão constante, uma substância recebe (absorve) calor sensível, sua temperatura aumenta: se o calor é latente, ocorre mudança de estado, mantendo-se a mesma temperatura.
   O gráfico ilustra a variação da temperatura de uma substância em função do calor absorvido pela mesma.

 

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IMPORTANTE:

1) O termo sublimação é usado para designar a mudança sólidoÛ gasoso. Alguns autores classificam a passagem sólidoè gasoso como sublimação direta ou 1ª sublimação, e a passagem gasosoè sólido como sublimação inversa ou 2ª sublimação.

Na CNTP o melhor exemplo de sublimação é o da naftalina, que passa do estado sólido diretamente para o gasoso.
2)A mudança líquidoè gasoso, que chamamos vaporização, deve ser subdividida em:

a) Evaporação: é um processo espontâneo e lento, que se verifica a uma temperatura qualquer e depende da área de contato.
Na evaporação, quanto maior a área de contato mais rapidamente se processa a passagem do estado líquido para o gasoso.
b) Ebulição: é um processo que se verifica a uma determinada temperatura (a pressão tem influência sobre a temperatura, veremos posteriormente). Logo é um processo forçado. É mais rápido que a evaporação.
c) Calefação: ocorre quando uma massa de líquido cai sobre uma superfície aquecida a uma temperatura superior a temperatura de ebulição do líquido.
A calefação é um processo quase instantâneo. Ao observarmos gotas d’água caírem sobre uma chapa bem quente, notamos que as gotas vaporizam rapidamente emitindo um chiado característico.

2. CALOR LATENTE

   Calor latente de mudança de estado L é a quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a uma certa pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura.

Matematicamente:
 

 
   Da definição de calor latente resulta sua unidade de medida: cal/g , J/g, KJ/kg, BTU/lb, etc.
   A quantidade de calor envolvida na mudança de estado decorre da definição de calor latente.

 IMPORTANTE:

Exemplo:

calor latente de fusão do gelo:  LF = 80cal/g
calor latente de solidificação da água: LS = - 80 cal/g
O sinal (+) refere-se à quantidade de calor recebida (absorvida) pela substância, e o sinal (-) à quantidade de calor cedida (liberada) pela mesma.

3. INFLUÊNCIA DA PRESSÃO

   A pressão influi sobre as temperaturas em que ocorrem as mudanças de estado físico.

3.1 INFLUÊNCIA NA FUSÃO

   Quase todas as substâncias, ao fundirem, aumentam de volume. No entanto existem algumas exceções, como a água, a prata, o antimônio, o bismuto, que diminuem de volume ao fundirem.

   A pressão influencia a temperatura de fusão desses dois grupos de maneira distinta, vejamos.

 

 Tudo o que foi dito sobre a temperatura de fusão também é válido para a temperatura de solidificação.

3.2 INFLUÊNCIA NA EBULIÇÃO

   A influência da pressão sobre a ebulição é muito mais simples que sobre a fusão, pois a regra agora é única:



TESTES

1, (UFRGS) Um ebulidor cede energia a 100 g de água a uma taxa constante em relação ao tempo. Para elevar a temperatura de cada grama de água de 15ºC a 100ºC, são necessários 360 J de energia. Sabendo-se que para evaporar completamente as 100 g de água, após atingidos os 100ºC, transcorre seis vezes mais tempo do que para elevar sua temperatura de 15ºC a 100ºC, o calor de vaporização da água pode ser estimado em
(A) 60 J/g
(B) 480 J/g
(C) 600 J/g
(D) 1.800 J/g
(E) 2.160 J/g


2. (UFRGS) Essa questão deve ser respondida com base no gráfico seguinte, onde está representada a temperatura (T) de um grama de uma substância inicialmente sólida em função da quantidade de calor (Q) absorvida por ela.

 
Qual é o calor de fusão desta substância, em J/g?
(A) 0,8
(B) 1,6
(C) 10
(D) 40
(E) 100


3. (UFRGS) A água contida em uma bacia é colocada ao ar livre para evaporar. Qual das alternativas indica um processo que contribui para reduzir a quantidade de água evaporada por unidade de tempo?
(A) Aumento da pressão atmosférica.
(B) Redução da umidade relativa do ar.
(C) Aumento da intensidade do vento.
(D) Aumento da temperatura da água.
(E) Mudança da água para uma bacia de diâmetro maior.


4. (PUCRS) Em uma panela de pressão consegue-se cozinhar os alimentos mais rapidamente do que em panela comum. Isso ocorre porque
(A) a temperatura de ebulição da água aumenta com o aumento da pressão.
(B) a temperatura de ebulição da água aumenta com a diminuição da pressão.
(C) o ar fica mais rarefeito na panela de pressão.
(D) o aumento da pressão aumenta o calor específico da água.
(E) o aumento da pressão diminui o calor específico da água.


5. (PUCRS) A temperatura de fusão de uma substância depende da pressão que é exercida sobre a mesma. O aumento de pressão sobre um corpo ocasiona na sua temperatura de fusão
(A) um acréscimo, se o corpo, ao se fundir, se expande.
(B) um acréscimo, se o corpo, ao se fundir, se contrai.
(C) um decréscimo, se o corpo, ao se fundir, se expande.
(D) um decréscimo para qualquer substância.
(E) um acréscimo para qualquer substância.


6. (PUCRS) Há uma relação entre a pressão e a temperatura nas quais ocorrem as mudanças de fase. Assim, é correto afirmar que a temperatura de
(A) fusão do gelo é superior a 0ºC, quando a pressão é superior a 1 atm.
(B) fusão do gelo é inferior a 0ºC, quando a pressão é superior a 1 atm.
(C) fusão do gelo é sempre 0ºC, independente da pressão.
(D) ebulição da água é inferior a 100ºC, quando a pressão é superior a 1 atm.
(E) ebulição da água é sempre 100ºC, independente da pressão.


7. Num recipiente adiabático, de capacidade térmica desprezível, são misturados 100 g de água a 5ºC com 200 g de água a 20ºC. Após algum tempo são colocados no interior desse recipiente m gramas de gelo a -20ºC. Os valores mínimo e máximo de m para que no final a temperatura de equilíbrio seja 0ºC são:
(A) 50g e 450g
(B) 50g e 1250g
(C) 50g e 2850g
(D) 450g e 450g
(E) 450g e 4500g

Dados:
calor específico sensível do gelo = 2 J/gºC
calor específico sensível da água = 4 J/gºC
calor específico latente de fusão do gelo = 320 J/g


8. (UFRGS) As moléculas de um líquido encontram-se em permanente agitação, movimentando-se em todas as direções, com velocidades de módulos variados. Algumas das moléculas que atingem a superfície do líquido, com valores de velocidade suficientemente altos, conseguem escapar do seu interior. Considerando que são as moléculas de maior velocidade que escapam do líquido e que as de menor velocidade nele permanecem, a energia cinética média das moléculas do líquido diminui, o que representa um decréscimo da sua temperatura. O número de moléculas que escapa por unidade de tempo depende de fatores como a temperatura do líquido, a área de sua superfície livre e a ventilação nas proximidades dessa superfície.

O texto acima refere-se ao fenômeno de
(A) evaporação.
(B) sublimação.
(C) fusão.
(D) condensação.
(E) solidificação.


9..(UFRGS) Assinale a alternativa que completa corretamente as lacunas do seguinte texto:

À pressão atmosférica, nitrogênio líquido entra em ebulição a uma temperatura de -196°C . Um grama de nitrogênio líquido, a essa temperatura, comparado com um grama de vapor de nitrogênio, também a -196°C, possui ....... energia. À pressão atmosférica, o ponto de solidificação do mercúrio é -39°C. Quando uma certa quantidade de mercúrio líquido a -39°C é colocada em nitrogênio líquido a -196°C, entra em ebulição o .......... e começa a solidificar o .......... .
(A) mais - mercúrio - nitrogênio
(B) mais - nitrogênio - mercúrio
(C) a mesma - nitrogênio - mercúrio
(D) menos - mercúrio - nitrogênio
(E) menos - nitrogênio - mercúrio


10. Ao usar um ferro de passar roupa, uma pessoa, em geral, umedece a ponta do dedo em água antes de encostá-lo rapidamente na base aquecida do ferro, para testar se ele já está suficientemente quente. Ela procede desta maneira, com a certeza de que não queimará a ponta de seu dedo. Isto acontece porque, em relação aos demais líquidos, a água tem:
(A) um baixo calor específico.
(B) um comportamento anômalo na sua dilatação.
(C) uma densidade que varia muito ao se evaporar.
(D) uma elevada temperatura de ebulição.
(E) um elevado calor latente de vaporização.