Mudanças de estado. Estados de agregação. Intensidade das forças de coesão e arranjo dos átomos ou moléculas

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1 Mudanças de estado Estados de agregação Intensidade das forças de coesão e arranjo dos átomos ou moléculas Estado sólido: sujeito a forças de coesão de grande intensidade; vibração atômicomolecular reduzida; forma e volume constantes; incompressíveis. Estado líquido: sujeito a forças de coesão de menor intensidade que os sólidos; vibração atômico-molecular mais acentuada que os sólidos; volume constante mas a forma não; incompressíveis. Estado gasoso: sujeito a forças de coesão de pequena intensidade; vibração atômicomolecular bem acentuada; forma e volume não são constantes (grande expansibilidade e compressibilidade); compressíveis.

2 Endotérmicas Exotérmicas Obs.: trabalhamos com a fusão de sólidos cristalinos. Materiais amorfos, como o vidro (líquido de altíssima viscosidade), passam por uma espécie de fusão pastosa. quando o vidro cai as ligações entre as moléculas se rompem, provocando a quebra. O vidro se estilhaça de maneira aleatória uma vez que há partes em que as ligações entre as moléculas são mais fortes que as outras (ligações desordenadas)

3 Diagrama de fases curva de fusão curva de vaporização curva de sublimação ponto triplo: aquele em que coexistem as três fases da substância Obs.: o ponto triplo da água tem valores: temperatura de 273,16 K e pressão 0,006 atm

4 Transição sólido/líquido Substâncias que se expandem na fusão quanto maior for a pressão, maior será a temperatura de fusão Substâncias que se contraem na fusão quanto maior for a pressão, menor será a temperatura de fusão

5 Exemplos Quando a água líquida se transforma em gelo, há um aumento de volume e uma diminuição de densidade. Isso explica o fato de observamos blocos de gelo flutuando na água (iceberg) A água se contrai na fusão e se expande na solidificação. Se enchermos uma garrafa (de vidro) com água e a tamparmos, colocando-a em seguida no congelador, a água ao se transformar em gelo aumentará de volume, podendo quebrar a garrafa

6 Experiência de Tyndall: um bloco de gelo abaixo de 0 0 C é atravessado por um fio metálico tracionado por corpos em suas extremidades, sem que o bloco se parta. Isso acontece pois o gelo se funde numa temperatura menor que 0 0 C em virtude do aumento de pressão determinado pela ação do fio sobre o gelo. À medida que o fio vai atravessando a água formada, esta fica aliviada do acréscimo de pressão e volta a se congelar (regelo) quando um patinador desliza sobre uma pista de gelo, a pressão exercida pelas lâminas dos patins provoca a fusão do gelo, facilitando o deslizamento dos patins. Logo que o patinador passa, a pressão volta ao estado inicial e a água se torna gelo (regelo)

7 Sobrefusão (superfusão) Sobrefusão ou superfusão é o nome que se dá ao fenômeno pelo qual um líquido é mantido nesse estado de agregação numa temperatura inferior ao seu ponto de solidificação. Obs.: a simples agitação do sistema ou a introdução de um núcleo de solidificação produz a imediata solidificação da quantidade que já deveria ter-se solidificado

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9 Transição líquido/vapor A passagem de uma substância do estado líquido para o estado de vapor chama-se genericamente vaporização. A curva de vaporização está definida entre os pontos triplo e crítico. temperatura crítica Obs.: o ponto crítico da água tem valores: temperatura de C e pressão 218 atm Gás é um estado da substância no qual é impossível condensá-la por uma simples compressão isotérmica.

10 Considere um recipiente fechado, em que uma substância esteja abaixo da temperatura crítica. Quando comprimida à temperatura constante, sua pressão vai aumentando até um valor máximo. A partir daí, continuando a diminuição do volume, ocorre a liquefação da substância, permanecendo constante a pressão. A pressão em que ocorre a transição para líquido é denominada pressão máxima de vapor ou pressão de saturação. Nesse momento, haverá equilíbrio dinâmico entre vapor e líquido. pressão de vapor vapor saturado Obs.: nos botijões de cozinha o que existe é líquido em presença de seu vapor saturante, exercendo a PMV. Abrindo a válvula, o vapor que sai do botijão é reposto pela vaporização do líquido em seu interior.

11 Isotermas de Andrews vapor não saturante vapor saturante

12 Resumo das isotermas de Andrews Para curvas abaixo da curva vermelha (isoterma crítica), se a pressão for aumentada gradualmente, observa-se que o volume ocupado por mol diminui até o ponto A. Desse ponto em diante, mesmo sem variação de pressão, o volume diminui até atingir o ponto B. Esse comportamento da isoterma representa o início da liquefação em A, onde algumas moléculas do vapor se condensam. Em B, termina a liquefação, todo o vapor se tornou líquido. Do ponto B em diante, mesmo que se aumente a pressão, a variação do volume é muito pequena, o que caracteriza a incompressibilidade do líquido. A curva vermelha é chamada isoterma crítica, e a temperatura correspondente é a temperatura crítica. Esse curva marca o limiar entre as isotermas onde ocorre liquefação, e as isotermas dos gases. Assim, no ponto crítico, o gás se liquefaz totalmente, sem variação de volume e pressão. A linha azul que contém os pontos A e B representa estados onde o gás e o líquido podem coexistir em equilíbrio dinâmico, e é chamada curva de saturação. Convencionou-se chamar de vapor o gás que está abaixo de sua temperatura crítica, e sua pressão de pressão de vapor. Chama-se pressão de vapor saturado a pressão em que o vapor e o líquido coexistem em equilíbrio dinâmico. A pressão de vapor saturado é a máxima (PMV) que um vapor pode exercer a determinada temperatura, menor que a crítica. Essa pressão é uma característica da substância e só depende da temperatura. Umidade relativa do ar Por definição: umidade relativa pressão parcial do vapor de água % =.100 pressão de vapor saturado ( )

13 A vaporização pode ocorrer de 3 maneiras: Calefação: é a passagem instantânea do estado líquido para o gasoso. Evaporação: é a passagem espontânea e contínua de um líquido para o estado de vapor, que ocorre em qualquer temperatura, através da superfície do líquido exposta ao ambiente. Essa transição é uma consequência da agitação térmica molecular. Devido às colisões intermoleculares, as moléculas de um líquido têm uma grande variedade de valores de rapidez. As moléculas superficiais que recebem energia cinética por estarem sendo bombardeadas pelas que estão abaixo, podem possuir energia cinética suficiente para se libertar do líquido. Essa energia cinética provém das moléculas que permaneceram no líquido, ocorrendo então uma diminuição da energia dessas a evaporação é um processo em que ocorre resfriamento.

14 1) Natureza do líquido: há líquidos que se evaporam mais rapidamente que outros, sendo denominados voláteis, e líquidos que se evaporam lentamente, sendo denominados fixos. 2) Área da superfície livre: como a evaporação ocorre na superfície do líquido exposta ao ambiente, então quanto maior for a área da superfície livre do líquido, tanto maior será a velocidade de evaporação. 3) Pressão externa: a pressão exercida sobre a superfície livre do líquido representa um obstáculo para a saída das moléculas. Então quanto maior a pressão externa, tanto menor será a velocidade com que o líquido se evapora. 4) Temperatura: o aumento da temperatura deve causar um aumento na velocidade de evaporação, pois aumenta a energia cinética das moléculas do líquido. 5) Concentração de vapor no ambiente sensação de desconforto térmico A formação de nuvens O ar quente se eleva. Ao fazê-lo, ele se expande. Quando se expande, ele se esfria. E quando esfria, as moléculas de vapor d água que existem nele tornam-se mais lentas. As colisões intermoleculares a baixas velocidades resultam na aglomeração de moléculas. Se existirem partículas ou íons presentes, maiores e mais lentas, o vapor d água se condensará sobre essas partículas e, prosseguindo por tempo suficiente, ocorrerá a formação da nuvem. A diferença entre uma neblina e uma nuvem é basicamente a altitude.

15 Ebulição ou fervura: ocorre numa temperatura bem definida para cada substância, de acordo com a pressão sob a qual ocorre o processo. Sob certas condições, a evaporação pode ocorrer abaixo da superfície de um líquido, formando bolhas de vapor que são empurradas para a superfície pelo empuxo, onde escapam. Essa mudança, que ocorre ao longo de todo o líquido ao invés de apenas na superfície, é chamada de ebulição. Só podem se formar bolhas dentro do líquido quando a pressão de vapor no interior da bolha for suficientemente grande para resistir à pressão exercida sobre ela pelo líquido circundante. Se isso não acontecer, qualquer bolha que se formar será esmagada.

16 quanto maior for a pressão, maior será a temperatura de ebulição no pico de Everest, a pressão atmosférica vale 240 mmhg e a temperatura de ebulição de água é de 71 0 C

17 (ENEM-2015) Sabe-se que nas proximidades dos polos do planeta Terra é comum a formação dos icebergs, que são grandes blocos de gelo, flutuando nas águas oceânicas. Estudos mostram que a parte de gelo que fica emersa durante a flutuação corresponde a aproximadamente 10% do seu volume total. Um estudante resolveu simular essa situação introduzindo um bloquinho de gelo no interior de um recipiente contendo água, observando a variação de seu nível desde o instante de introdução até o completo derretimento do bloquinho. Com base nessa simulação, verifica-se que o nível da água no recipiente a) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível subirá ainda mais. b) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível descerá, voltando ao seu valor inicial. c) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível permanecerá sem alteração. d) não sofrerá alteração com a introdução do bloquinho de gelo, porém, após seu derretimento, o nível subirá devido a um aumento em torno de 10% no volume de água. e) subirá em torno de 90% do seu valor inicial com a introdução do bloquinho de gelo e, após seu derretimento, o nível descerá apenas 10% do valor inicial.

18 No equilíbrio, temos: E P dgelov E = P dlíquidovsubg = mg dáguavsub = dgelovgelo Vsub = d água gelo Derretendo todo o gelo, a massa de água formada será igual à massa de gelo: m = m d V = d V V = água gelo água água gelo gelo água d gelo d V água gelo

19 Névoa e noveiro

20 Ocorrência de geadas

21 Ocorrência de neve