Calorimetria: Mudança 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.

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:

L = Q / m

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.

Q = m.L

Importante:

À pressão constante, toda substância sofre mudança de estado a uma determinada temperatura.
À pressão constante, durante a mudança de estado a temperatura se mantém constante.
Nas mesmas condições, a quantidade de calor recebida (absorvida) ou cedida(liberada) por uma dada substância, durante a mudança de estado, é, em valor absoluto, igual para a unidade de sua massa.

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.

Sobre as mudanças de Estado:

Fusão

Quando uma substância se encontra no estado sólido e começa receber calor, a sua temperatura aumenta, assim como o estado de agitação das suas moléculas. Se continuarmos com esse aquecimento, a agitação molecular se tornará tão intensa que as ligações entre as moléculas irão se romper.

A partir desse momento, a energia que está sendo transferida na forma de calor não será mais utilizada para o aumento da agitação molecular, mas sim, para a quebra das ligações moleculares. Essa quebra nas ligações moleculares dará as moléculas uma maior liberdade de movimento, caracterizando a fusão ou passagem para o estado liquido.

Solidificação

A solidificação é o processo inverso da fusão. Considere que uma substância no estado líquido esteja cedendo calor. Ao ceder calor, a sua temperatura irá diminuir, assim como o estado de movimentação das moléculas. Essa diminuição da movimentação molecular fará que as ligações moleculares se tornem mais intensas, caracterizando o estado sólido.

Vaporização

Se a substância do item anterior estiver no estado líquido e continuarmos a fornecer calor, a sua temperatura irá aumentar. Com isso, haverá um aumento no grau de movimentação das moléculas.

Em determinada temperatura, essas moléculas terão energia suficiente para escapar das forças moleculares que ainda existem entre elas e atingir um grau de liberdade maior. Nesse novo estado, conhecido como gasoso, as forças entre as moléculas são praticamente desprezíveis.

A vaporização pode ocorrer de três maneiras: evaporação, ebulição e calefação.

Evaporação:

Esse processo ocorre de maneira bem lenta e à temperatura ambiente. Pode se tomar como exemplo a evaporação da água da roupa que é deixada no varal para secar.

Ebulição:

É um processo mais rápido que ocorre a uma temperatura fixa. Tal processo é facilmente observado quando se coloca a água para ferver.

Calefação:
É o processo mais rápido e ocorre quando a fonte de calor está a uma temperatura muito maior do que a temperatura de ebulição da substância. Tome como exemplo uma gota de água sobre uma chapa muito quente.

Condensação

É o processo inverso da vaporização. Ao se diminuir a temperatura do gás, ele começa a perder a sua energia de movimentação. Com isso, as moléculas se agrupam através das forças moleculares, fazendo que a substância entre no estado líquido.

Sublimação
A passagem direta do estado sólido para o estado gasoso sem passar pelo estado líquido é definida como sublimação. Tal processo só ocorre em condições adequadas de pressão e temperatura. É um processo de difícil observação no dia a dia. Temos como exemplos mais famosos desse fenômeno a naftalina e o gelo seco.

Autor: Prof. Alberto Ricardo Präss

O ciclo da Água

A água desenvolve um ciclo. O chamado ciclo da água é o caminho que ela percorre. A chuva, basicamente, é o resultado da água que evapora dos lagos, rios e oceanos, formando as nuvens. Quando as nuvens estão carregadas, soltam a água na terra. Ela penetra o solo e vai alimentar as nascentes dos rios e os reservatórios subterrâneos. Se cai nos oceanos, mistura-se às águas salgadas e volta a evaporar, chove e cai na terra.

A quantidade de água existente no planeta não aumenta nem diminui. A abundância de água é relativa. É preciso levar em conta os volumes estimados de água acumulados e o tempo médio que ela permanece nos ambientes terrestres. Por exemplo: nos rios o volume estimado de água é de 1700 quilômetros cúbicos e o tempo de permanência no leito é de duas semanas. As geleiras e a neve têm 30 milhões de quilômetros cúbicos e a água deve ficar congelada por milhares de anos. A água atmosférica tem o volume de 113 mil quilômetros cúbicos e permanece por 8 a 10 dias no ar.

Acredita-se que a quantidade atual de água seja praticamente a mesma de há 3 bilhões de anos. Isto porque o ciclo da água se sucede infinitamente. Não seria engraçado se o alimento que comemos ontem tivesse sido preparado com as águas que, tempos atrás, foram utilizadas pelos romanos em seus famosos banhos coletivos?