diagrama em fases

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 2ª Ano Diagrama de fase

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Page 1: diagrama em fases

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física

Ensino Médio, 2ª Ano

Diagrama de fase

Page 2: diagrama em fases

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Estuda as fases em que

uma substância pura pode

se apresentar, de acordo

com as condições de

pressão e de temperatura

a que está submetida.

A neblina que se observa

na foto resulta da

transformação do vapor

d’água em gotículas de

água.Imagem: Autor Simon Johnston / Creative Commons Attribution-Share Alike

2.0 Generic

Page 3: diagrama em fases

Sólido Líquido Gasoso

Fusão Vaporização

CondensaçãoSolidificação

Sublimação

Sublimação

Endotérmica

Exotérmica

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 4: diagrama em fases

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

A fase em que uma substância se encontra depende de suas

condições de pressão e temperatura, podendo também estar

num estado que corresponda ao equilíbrio entre duas fases ou

mesmo entre as três fases.

Representando os diferentes estados da substância num

gráfico do tipo p x t, obtém-se o denominado Diagrama de

Fases da Substância.

Page 5: diagrama em fases

pressão (atm)

temperatura(ºC)

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 6: diagrama em fases

pressão

(atm)

temperatura(ºC)

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Tipos de curvas1

2

3

T

Curva de fusão (1)

Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e líquida. Cada ponto

dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

Page 7: diagrama em fases

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Ponto Crítico PC (ponto superior da curva 2)

Acima da temperatura, a substância encontra-se na fase gasosa (gás) e não

pode ser liquefeita, independente da sua pressão.

Ponto triplo ou tríplice (T)

Estado comum às três curvas; é representativo do equilíbrio entre as três fases

da substância.

Curva de sublimação (3)

Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e de vapor. Cada ponto

dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

Curva de vaporização (2)

Delimita as regiões correspondentes às fases líquida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

Page 8: diagrama em fases

Pressão

0

Substância que aumenta o volume quando aquecida.

Sólido

Vapor

Líquido

Gás

PT

PC

- 56,60C Temperatura

CO2

5 atm

31 0C

73 atm

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 9: diagrama em fases

Pressão

0

Substância que reduz o volume quando aquecida.

Sólido

Vapor

Líquido

Gás

PT

PC

0,01 0C Temperatura

H2O

4,58 mmHg

374 0C

218 atm

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 10: diagrama em fases

Pressão

0 Temperatura

A

F

E

B

C

G

D

Dado o diagrama de fases de uma substância, pergunta-se:

Que mudança de fase ocorre quando a substância passa do estado

A para o estado B e quando passa do estado B para o estado C?

Sólido

Vapor

Líquido

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 11: diagrama em fases

No diagrama de fases da água:

760

tA tB

Pressão (mmHg)

t (°C)

As temperaturas tA e tB são,

respectivamente:

a) pontos normais de fusão e ebulição.

b) pontos normais de ebulição e fusão.

c) pontos de sublimação e fusão.

d) pontos de ebulição e sublimação.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 12: diagrama em fases

Pela análise do diagrama de fases do dióxido de carbono

e da água, observa-se que a temperatura de fusão (e de

solidificação) depende da pressão a que a substância

está submetida.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Contudo, a influência da pressão sobre o ponto de fusão

não se dá do mesmo modo para as duas substâncias

estudadas.

Page 13: diagrama em fases

P (atm)

t (ºC)

1. SUBSTÂNCIAS QUE SE DILATAM NA FUSÃO

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Sólido

Líquido

É o que acontece na

maioria das substâncias

e corresponde ao

comportamento do CO2.

O aumento da pressão

faz aumentar a

temperatura de fusão.

T

Page 14: diagrama em fases

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

O Físico irlandês John

Tyndall (1820 -1893)

descreveu e documentou o

experimento do regelo. Ele

consiste em pendurar um fio

de metal fino, com pesos

adequados nas pontas, sobre

um bloco de gelo a uma

temperatura inferior a 0 ºC.

Page 15: diagrama em fases

Pelo diagrama de fases vemos que a temperatura de ebulição

de um líquido depende da pressão exercida sobre ele.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Para qualquer

substância, se a pressão

externa aumentar, o

líquido ferverá numa

temperatura mais

elevada.

5

4

3

2

1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Temperatura em ºC

Pre

ss

ão

(a

tm)

DIAGRAMA DE FASE DA ÁGUA

Líquido

Vapor

Page 16: diagrama em fases

A temperatura que a água ferve depende da altitude.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

A água, em particular, ferve a 100 ºC ao nível do mar, onde a

pressão atmosférica é normal (1 atm). Em maiores altitudes, a

ebulição da água ocorre em temperatura mais baixas, porque

a pressão atmosférica é menor.

Page 17: diagrama em fases

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

87 0C

Recife (nível do mar) 100 0C

São Paulo (760m) 98 0C

Brasília (1.170m) 96 0C

Quito (2.850m) 90 0C

La Paz (3.700m)

Page 18: diagrama em fases

No interior de uma panela de pressão, a água está sujeita a uma

pressão maior que uma atmosfera (1 atm) e, por isso, ferve a

uma temperatura superior a 100 ºC. Em consequência, os

alimentos cozinham em menos tempo.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Auto

r desconhecid

o / d

isponib

ilizado p

or

Wik

inaut / G

NU

Fre

e D

ocum

enta

tion

Lic

ense

Page 19: diagrama em fases

Temos um líquido que se encontra em um

recipiente fechado e que entre o líquido e a tampa do recipiente

tem vácuo.

VÁCUO

0 mmHg

a

20ºCÁGUA

17,5 mmHg

a

20ºC

ÁGUA

TEMPO

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 20: diagrama em fases

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

• A pressão que o vapor exerce no equilíbrio líquido-vapor denomina-

se PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR

• Inicialmente o líquido evapora rapidamente e, depois que essa

evaporação vai diminuindo, até ficar constante.

Page 21: diagrama em fases

17,5 mmHg

a

20ºC

ÁGUA

442 mmHg

a

20ºC

ÉTER

NATUREZA DO LÍQUIDO

Líquidos MAIS VOLÁTEIS possuem

MAIOR PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 22: diagrama em fases

26 mmHg

a

27ºC

ÁGUA

79 mmHg

a

47ºC

ÁGUA

TEMPERATURA EM QUE SE ENCONTRA O LÍQUIDO

Como a formação dos vapores é um fenômeno endotérmico,

um aumento de temperatura favorece a sua formação, aumentando, assim,

a pressão máxima dos vapores.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 23: diagrama em fases

Levando em conta que a pressão máxima de vapor

corresponde ao equilíbrio líquido-vapor da substância, a

curva das pressões máximas de vapor, no DIAGRAMA DE

FASES, é a curva de VAPORIZAÇÃO.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

p

Vapor

Líquido

p1

L+V

0 1

p2

2 E

Page 24: diagrama em fases

Tendo em vista o momento em que um líquido se

encontra em equilíbrio com seu vapor, leia as

afirmações a seguir:

I. A evaporação e a condensação ocorrem com a mesma

velocidade.

II. Não há transferência de moléculas entre o líquido e o vapor.

III. A pressão de vapor do sistema se mantém constante.

IV. A concentração do vapor depende do tempo.

Das afirmações citadas, são FALSAS:

a) I e III. b) II e IV. c) II e III.

d) I e II. e) III e IV.

V

F

V

F

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 25: diagrama em fases

No endereço eletrônico

http://www.galileo.fr.it/marc/termologia_e_termodinamica/

diagrama_equilibrio/hplab.htm, você poderá, por meio de

uma simulação, verificar em que fase uma substância se

encontra conforme o valor da pressão e da temperatura.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Imagem

: A

uto

r Jakub S

tein

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or

Boukeas

/ C

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-Share

Alik

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Page 26: diagrama em fases

Objetivo: reproduzir a experiência do regelo de Tyndall.

Material:

- bloco de gelo a cerca de -1ºC;

- 2 suportes de madeira;

-1 fio fino de arame;

-2 pesos de 500 g.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 27: diagrama em fases

Procedimentos

- Coloque o bloco de gelo apoiado sobre os dois suportes

de madeira, de modo que a parte central fique livre.

- Em seguida, prenda os pesos nas extremidades do fio

de arame e passe esse fio sobre o bloco, deixando os

pesos pendentes.

- Depois, verifique se há alguma modificação visível na

região do gelo atravessada pelo arame.

- Por fim, explique por que o fio atravessa o gelo e este

permanece íntegro.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 28: diagrama em fases

• JUNIOR, Francisco Ramalho. Os fundamentos

da Física. Vol. 2. 9.ed. rev. e ampl. São Paulo:

Moderna, 2007.

• TORRES, Carlos Magno A. Física – Ciência e

Tecnologia. Vol 2. 2.ed. São Paulo: Moderna,

2010.

• Site:

http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br

FÍSICA, 2º Ano do Ensino MédioDiagrama de Fase

Page 29: diagrama em fases

Tabela de Imagens

n° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto

link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso

2 Autor Simon Johnston / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Knapps_and_Knapps_Loch_Area_-_geograph.org.uk_-_100108.jpg

03/09/2012

18 Autor desconhecido / disponibilizado por Wikinaut / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pressure_cooker.jpg

03/09/2012

24 Autor Jakub Steiner / disponibilizado por Boukeas / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gorilla-thinclient.svg

03/09/2012